The influence of water pretreated recycled aggregate on the required time of concrete care

• Autorzy: Kępniak Maja , Chyliński Filip , Górecka Ewelina , Goljan Anna

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2025.153335

Warianty tytułu

PL

Wpływ wstępnie nasączanego kruszywa z recyklingu na wymagany czas pielęgnacji betonu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Sustainable building projects has become increasingly important in recent years. To improve the circulation of materials in the construction sector, circular economy-inspired actions have been taken into account for CDW management The article investigates the possibility of using recycled aggregate as a reservoir of water for internal curing of concrete, in accordance with the principles of sustainable development and circular economy. The experiment consisted of four different curing scenarios and different proportions of recycled aggregate. The experiment measured the following properties: compressive strength, density, porosity, and SEM analysis of the interfacial transition zone between the aggregate and the cement paste. The analysis revealed that substituting ten percent of natural aggregate with recycled aggregate can shorten the external water curing time required for the concrete without affecting its final strength adversely. This solution also does not cause a significant increase in the porosity of concrete or a deterioration in the quality of the interfacial transition zone.

PL

Zrównoważone budownictwo stają się coraz ważniejsze w ostatnich latach. Aby poprawić obieg materiałów w sektorze budowlanym, podjęto działania inspirowane gospodarką o obiegu zamkniętym uwzględniane w zarządzaniu odpadami klasyfikowanymi jako budowlane i rozbiórkowe. W artykule zbadano możliwość wykorzystania kruszywa z recyklingu jako nośnika wody, pełniącej funkcję pielęgnacji wewnętrznej. Eksperyment składał się z czterech różnych scenariuszy pielęgnacji i różnych proporcji kruszywa z recyklingu. Zmierzono następujące właściwości: wytrzymałość na ściskanie, gęstość, porowatość oraz wykonano analizę SEM międzyfazowej strefy przejściowej między kruszywem a stwardniałym zaczynem. Analiza wyników wskazuje na możliwość skrócenia czasu wymaganego zewnętrznego nawilżania betonu cementowego przy dziesięcioprocentowym zastosowaniu zastąpienia kruszywa naturalnego kruszywem z recyklingu. Takie dozowanie pozwala na skrócenie czasu zewnętrznej pielęgnacji wodnej, nie wpływając znacząco na ostateczną wytrzymałość betonu. Takie rozwiązanie nie zwiększa znacząco porowatości betonu i nie pogarsza strefy przejścia między kruszywem a spoiwem. Badania mikrostrukturalne SEM betonu zawierającego kruszywo z recyklingu wykazały różne rodzaje stref przejścia między nową zaprawą a ziarnami pochodzącymi z recyklingu betonu w zależności od rodzaju ziarna. Ziarna czystego kruszywa naturalnego pochodzącego z recyklingu betonu były dobrze związane z matrycą cementową, podobnie jak nowe kruszywo naturalne. Ziarna zawierające starą zaprawę były również dość dobrze związane z nową zaprawą, ale strefa przejścia w nowej zaprawie miała wiele pustek powietrznych, co mogło być spowodowane większą porowatością ziarna starej zaprawy, która powodowała odprowadzanie wody z obszaru granicznego. Cząstki asfaltu obecne w kruszywie z recyklingu betonu były dobrze związane z nową zaprawą. Strefa przejścia była dobrze rozwinięta, bez pęknięć ani nadmiernych pustek powietrznych. Mniejsza liczba pustek powietrznych w strefie przejścia w nowej zaprawie mogła być spowodowana niższą porowatością ziaren asfaltu. Porowatość ziaren kruszywa z recyklingu wydaje się mieć kluczowe znaczenie dla tworzenia pustek powietrznych w nowej zaprawie w strefie przejścia. Mechanizm takich obserwacji może być wyjaśniony przez zmniejszenie zawartości wody w strefie przejścia przez ziarna recyklingowe o wysokiej porowatości, takie jak stara zaprawa, co wpływa na lokalne zmniejszenie spójności zaprawy. To może prowadzić do trudności w prawidłowym zagęszczaniu zaprawy w strefie przejścia. Ziarna o stosunkowo niskiej porowatości, takie jak ziarna asfaltu, nie prowadzą do lokalnego wzrostu porowatości nowej zaprawy. Podsumowując, warto rozważyć wykorzystanie namoczonego kruszywa z recyklingu jako pielęgnacji wewnętrznej, zwłaszcza przy użyciu cementów niskoklinkierowych, ponieważ ich wymagany czas pielęgnacji jest znacznie dłuższy. Połączenie cementu niskoklinkierowego i kruszywa z recyklingu jest rozwiązaniem zgodnym z gospodarką obiegu zamkniętego. Choć rozwiązanie to wydaje się obiecujące, należy uwzględnić wpływ modyfikacji na trwałość betonu zarówno chemiczną, jak i fizyczną.

Słowa kluczowe

EN

circular economy; ecological concrete; internal curing; recycled aggregate

PL

beton ekologiczny; gospodarka obiegu zamkniętego; kruszywo recyklingowe; pielęgnacja wewnętrzna

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2025
• Tom: Vol. 71, nr 1
• Strony: 295--310
• Opis fizyczny: Bibliogr. 51 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Kępniak Maja

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-8092-0445

autor

Chyliński Filip

• Instytut Techniki Budowlanej, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-7322-8087

autor

Górecka Ewelina

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-3114-0332

autor

Goljan Anna

• Instytut Techniki Budowlanej, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-9891-4673

Bibliografia

• [1] B. Langier, J. Katzer, M. Major, J. Halbiniak, and I. Major, “Strength and durability characteristics of concretes with crushed side window glass as partial aggregate substitution”, Archives of Civil Engineering, vol. 69, no. 2, pp. 5-21, 2023, doi: 10.24425/ace.2023.145249.
• [2] C. Zhang, M. Hu, F. Di Maio, B. Sprecher, X. Yang, and A. Tukker, “An overview of the waste hierarchy framework for analyzing the circularity in construction and demolition waste management in Europe”, Science of The Total Environment, vol. 803, 2022, doi: 10.1016/j.scitotenv.2021.149892.
• [3] M. Fąfara, Ł. Łukaszewski, E. Owczarek, and I. Żrebiec, “Life Cycle Assessment (LCA) and environmental comparison the selected construction methods of residential buildings in traditional and straw cubes technology – a case study”, Archives of Civil Engineering, vol. 68, no. 3, pp. 241-255, 2022, doi: 10.24425/ace.2022.141883.
• [4] Deloitte, “Resource efficient use of mixed wastes: improving management of construction and demolition waste – final report”. European Commission, DG ENV, 2017.
• [5] K. Kabirifar, M. Mojtahedi, C. Wang, and V.Y. Tam, “Construction and demolition waste management contributing factors coupled with reduce, reuse, and recycle strategies for effective waste management: A review”, Journal of Cleaner Production, vol. 263, 2020, doi: 10.1016/j.jclepro.2020.121265.
• [6] European Commission, “Construction and demolition waste”, 2019. [Online]. Available: http://ec.europa.eu/environment/waste/construction_demolition.htm. [Accessed 10. Dec. 2023].
• [7] J. Kim, “Construction and demolition waste management in Korea: recycled aggregate and its application”, Clean Technologies and Environmental Policy, vol. 23, pp. 2223-2234, 2021, doi: 10.1007/s10098-021-02177-x.
• [8] J. Kim, “Influence of quality of recycled aggregates on the mechanical properties of recycled aggregate concretes: An overview”, Construction and Building Materials, vol. 328, 2022, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2022.127071.
• [9] A.M. Grabiec, D. Zawal, and W.A. Rasaq, “The effect of curing conditions on selected properties of recycled aggregate concrete”, Applied Sciences, vol. 10, no. 13, 2020, doi: 10.3390/app10134441.
• [10] H. Al Ajmani, F. Suleiman, I. Abuzayed, and A. Tamimi, “Evaluation of concrete strength made with recycled aggregate”, Buildings, vol. 9, no. 3, 2019, doi: 10.3390/buildings9030056.
• [11] G.L. Vieira, J.Z. Schiavon, P.M. Borges, S.R. da Silva, and J.J. de Oliveira Andrade, “Influence of recycled aggregate replacement and fly ash content in performance of pervious concrete mixtures”, Journal of Cleaner Production, vol. 271, 2020, doi: 10.1016/j.jclepro.2020.122665.
• [12] J. Kim, D. Lee, A. Sičáková, and N. Kim, “Utilization of different forms of demolished clay brick and granite wastes for better performance in cement composites”, Buildings, vol. 13, no. 1, 2023, doi: 10.3390/buildings13010165.
• [13] M. Etxeberria, E. Vázquez, A. Marí, M. Barra, “Influence of amount of recycled coarse aggregates and production process on properties of recycled aggregate concrete”, Cement and Concrete Research, vol. 37, no. 5, pp. 735-742, 2007, doi: 10.1016/j.cemconres.2007.02.002.
• [14] C.S. Poon, S.C. Kou, L. Lam, “Influence of recycled aggregate on slump and bleeding of fresh Concrete”, Materials and Structures, vol: 40, pp. 981-988, 2007, doi: 10.1617/s11527-006-9192-y.
• [15] H. Zhang, Y. Wang, D.E. Lehman, Y. Geng, and K. Kuder, “Time-dependent drying shrinkage model for concrete with coarse and fine recycled aggregate”, Cement and Concrete Composites, vol. 105, 2020, doi: 10.1016/j.cemconcomp.2019.103426.
• [16] R.V. Silva, J. de Brito, and R.K. Dhir, “Comparative analysis of existing prediction models on the creep behaviour of recycled aggregate concrete”, Engineering Structures, vol. 100, pp. 31-42, 2015, doi: 10.1016/J.ENGSTRUCT.2015.06.004.
• [17] Y. Fan, J. Xiao, and V.W.Y. Tam, “Effect of old attached mortar on the creep of recycled aggregate concrete”, Structural Concrete, vol. 15, no. 2, pp. 169-178, 2014, doi: 10.1002/suco.201300055.
• [18] A. Jayasuriya, M.P. Adams, and M.J. Bandelt, “Understanding variability in recycled aggregate concrete mechanical properties through numerical simulation and statistical evaluation”, Construction and Building Materials, vol. 178, pp. 301-312, 2018, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2018.05.158.
• [19] J. Kim, A. Grabiec, A. Ubysz, S. Yang, and N. Kim. „Influence of Mix Design on Physical, Mechanical and Durability Properties of Multi-Recycled Aggregate Concrete”, Materials, vol. 16, no. 7, 2023, doi: 10.3390/ma16072744.
• [20] C. Thomas, J. Setien, J.A. Polanco, P. Alaejos, and M. Sanchez de Juan, “Durability of recycled aggregate concrete”, Construction and Building Materials, vol. 40, pp. 1054-1065, 2013, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2012.11.106.
• [21] J. Kim and Ł. Sadowski, “Properties of recycled aggregate concrete designed with equivalent mortar volume method”, in Woodhead Publishing Series in Civil and Structural Engineering. Elsevier, 2022, pp. 365-381, doi: 10.1016/B978-0-12-824105-9.00018-4.
• [22] X. Fengming, L. Xiaoshan, Z. Annan, and L. Qing-feng, “Effects of recycled ceramic aggregates on internal curing of high performance concrete”, Construction and Building Materials, vol. 322, 2022, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2022.126484.
• [23] M. Suzuki, M. Seddik Meddah, and R. Sato, “Use of porous ceramic waste aggregates for internal curing of high-performance concrete”, Cement and Concrete Research, vol. 39, no. 5, pp. 373-381, 2009, doi: 10.1016/j.cemconres.2009.01.007.
• [24] S.H. Alsayed and M A. Amjad, “Effect of curing conditions on strength, porosity, absorptivity, ans shrinkage of concrete in hot and dry climate”, Cement and Concrete Research, vol. 24, no. 7, pp. 1390-1398, 1994, doi: 10.1016/0008-8846(94)90124-4.
• [25] K. Audenaert and G. De Schutter, “Towards a fundamental evaluation of water retention tests forcuring compounds”, Materials and Structures, vol. 35, pp. 408-414, 2002, doi: 10.1007/BF02483144.
• [26] O.M. Jensen and P.F. Hansen, “Water-entrained cement-based materials: I. Principles and theoretical background”, Cement and Concrete Research, vol. 31, no. 4, pp. 647-654, 2001, doi: 10.1016/S0008-8846(01)00463-X.
• [27] R. Rodríguez-Álvaro, S. Seara-Paz, B. González-Fonteboa, and M. Etxeberria, “Study of different granular by-products as internal curing water reservoirs in concrete”, Journal of Building Engineering, vol. 45, 2022, doi: 10.1016/j.jobe.2021.103623.
• [28] D.M. Al Saffar, A.J.K. Al Saad, and B.A. Tayeh, “Effect of internal curing on behaviour of high performance concrete: an overview”, Case Studies in Construction Materials, vol. 10, 2019, doi: 10.1016/j.cscm.2019.e00229.
• [29] M. Suzuki, M. Seddik Meddah, and R. Sato, “Use of porous ceramic waste aggregates for internal curing of high-performance concrete”, Cement and Concrete Research, vol. 39, no. 5, pp. 373-381, 2009, doi: 10.1016/j.cemconres.2009.01.007.
• [30] H.K. Kim, K.A. Ha, and H.K. Lee, “Internal-curing efficiency of cold-bonded coal bottom ash aggregate for high-strength mortar”, Construction and Building Materials, vol. 126, pp. 1-8, 2016, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2016.08.125.
• [31] K. Kovler and O.M. Jensen, Internal Curing of Concrete – State of the Art Report of RILEM TC 196-ICC. RILEM, 2007.
• [32] M.S. Afifi and M.N. Abou-Zeid, “Internal curing of high performance concrete using lightweight and recycled aggregates”, The American University in Cairo, 2016.
• [33] S. Seara-Paz, B. Gonzalez-Fonteboa, F. Martínez-Abella, and I. Gonzalez-Taboada, “Time-dependent behaviour of structural concrete made with recycled coarse aggregates. Creep and shrinkage”, Construction and Building Materials, vol. 122, pp. 95-109, 2016, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2016.06.050.
• [34] I. Gonzalez-Taboada, B. Gonzalez-Fonteboa, F. Martínez-Abella, and D. Carro-Lopez, “Study of recycled concrete aggregate quality and its relationship with recycled concrete compressive strength using database analysis”, Materiales de Construccion, vol. 66, no. 323, 2016, doi: 10.3989/mc.2016.06415.
• [35] EN 197-1:2011 The Standard for Cement – Composition, specifications and conformity criteria for common cements. Brussels, Belgium: CEN, 2011.
• [36] EN 933-11:2009 Tests for geometrical properties of aggregates – Part 11: Classification test for the constituents of coarse recycled aggregate. Brussels, Belgium: CEN, 2009.
• [37] BSI – BS 8500-2 Concrete – Complementary British Standard to BS EN 206 Part 2: Specification for constituent materials and concrete. 2015.
• [38] 273-RAC : Structural behaviour and innovation of recycled aggregate concrete. International Union of Laboratories and Experts in Construction Materials, Systems and Structures, 2018.
• [39] DIN 4226-100:2002 Aggregates For Mortar And Concrete – Part 100: Recycled Aggregates. 2002.
• [40] NBN B 15-001:2018 Concrete – Specification, performance, production and conformity – National supplement to NBN EN 206:2013+A1:2016. 2018.
• [41] EN 206+A2:2021-08 Concrete – Specification, performance, production and conformity. Brussels, Belgium: CEN, 2021.
• [42] EN 13670:2009 Execution of concrete structures. Brussels, Belgium: CEN, 2009.
• [43] EN 12350-2:2019 Testing Fresh Concrete – Part 2: Slump Test. Brussels, Belgium: CEN, 2019.
• [44] EN 12350-6:2019 Testing Fresh Concrete – Part 2: Density. Brussels, Belgium: CEN, 2019.
• [45] EN 12390-2:2019 Testing Hardened Concrete – Part 2: Making and Curing Specimens for Strength Tests. Brussels, Belgium: CEN, 2019.
• [46] EN 12390-3:2020 Testing Hardened Concrete – Part 3: Compressive Strength of Test Specimens. Brussels, Belgium: CEN, 2020.
• [47] M. Etxeberria, E. Vázquez, A. Marí, and M. Barra, “Influence of amount of recycled coarse aggregates and production process on properties of recycled aggregate concrete”, Cement and Concrete Research, vol. 37, no. 5, 2007, doi: 10.1016/j.cemconres.2007.02.002.
• [48] S. Seara-Paz, B. González-Fonteboa, J. Eiras-López, et al., “Bond behaviour between steel reinforcement and recycled concrete”, Materials and Structures , vol. 47, pp. 323-334, 2014, doi: 10.1617/s11527-013-0063-z.
• [49] K. Sagoe-Crentsil, T. Brown, and A.H. Taylor, “Performance of concrete made with commercially produced coarse recycled concrete aggregate”, Cement and Concrete Research, vol. 31, pp. 707-712, 2001, doi: 10.1016/S0008-8846(00)00476-2.
• [50] T. Hastie and R. Tibshirani, Generalised Additive Models. Monographs on Statistic & Applied Probability. United States of America: Chapman & Hall/CRC, 1990.
• [51] N. Kumar Rai, D. Saravanan, L. Kumar, P. Shukla, and R. Nath Shaw, “Chapter ten – RMSE and MAPE analysis for short-term solar irradiance, solar energy, and load forecasting using a Recurrent Artificial Neural Network”, Applications of AI and IOT in Renewable Energy. Academic Press, 2022, pp. 181-192, doi: 10.1016/B978-0-323-91699-8.00010-3.