ویژگی های مصالح ریز بازیافتی در سیمان و تاثیر آنها بر تولید سیمان جدید

چکیده

این تحقیق مروری از پتانسیل و چالش های استفاده از مصالح ریز بازیافتی RCA را به عنوان جایگزین مصالح ریز طبیعی NA در ترکیبات سیمان بررسی می کند. استفاده از RCA در سیمان باعث حفظ محیط از طریق کاهش نیاز به مصالح جدید و کاهش میزان اتلاف مواد در ساختمان سازی می شود و ویژگی های RCA از جمله گرانش خاص – جذب و مقدار مواد موجود به مقاومت و انسجام بتن کمک می کند. کیفیت RCA بستگی به ویژگی های مصالح اصلی و شرایط استفاده از سیمان دارد. بعضی از محققان گزارش داده اند که استفاده از RCA باعث تضعیف ویژگی های سیمان می شود در حالی که سایر محققان هم سیمان RCA را باموفقیت با عملکرد مشابه با سیمان طبیعیNC تولید کرده اند. علاوه بر تاثیر RCA بر ویژگی های سیمان ، این تحقیق به ارزیابی تکنیک های متعدد برای افزایش عملکرد بتنRCA می پردازد و در این تحقیق به صرفه جویی هزینه در تولید سیمان اشاره شده است و پیشنهاداتی در مورد استفاده از سیمان RCA بیان شده است.

1. مقدمه

سیمان یکی از پرکاربردترین مواد ساختمانی است . ترکیبات اولیه سیمان شامل مصالح ساختمانی ( ریز و درشت ) – آب و مواد ترکیبی است ( ویندس و همکاران 2003 – انجمن سیمان طبیعی NRMCA (2012|) . از میان مواد ذکر شده ، مصالح ریز جدود 70 تا 80 درصد از حجم سیمان را تشکیل می دهند. انواع NA مورد استفاده در کاربردهای سیمان شامل سنگ های خرد شده – شن و ماسه می باشند ( USGS1997). این مصالح طبیعی از طریق فعالیت های معدنی منابع طبیعی و باز کردن معادن سنگ به دست می آیند. فرایند استخراج NA معمولا در معادن بزرگی اتفاق می افتد که مجهز به تجهیزات سنگین هستند و انرژی بسیار زیادی لازم دارند. منابع NA فراوان اما محدود هستند ( USGS1997) . چالش هایی نیز در توسعه ساختاری وجود دارد که از جمله دلایل آن می توان به کمبود و اتمام منابع – محدودیت در باز کردن معادن جدید و افزایش هزینه های تولید اشاره کرد. استفاده از مواد بازیافتی RA می تواند به بیان بعضی از این چالش ها کمک کند ( ACPA 2009 - ورینا 2012) . RA می تواند از سیمان های موجود به دست آید و بنابراین ، تحت عنوان مصالح بازیافتی RCA نامیده می شوند. با توجه به نظر وریس در سال 1996 ، استفاده از RCA در ساخت و ساز یکی از اولویت ها در بسیاری از مناطق سراسر جهان است. حدود 10 % از تمام مصالح مورد استفاده در بریتانیا RCA هستند ( کولینز 1996) و 78000 تن RCA در سال 1994در هلند استفاده شده است ( دو وریس 1996 ) در حالی که هدف آلمان میزان استفاده از این مواد تا حدود 40% از سال 1991 می باشد ( ون آکر 1996 ). با توجه به اطلاعات ارائه شده در سال 1997 ، 0.9 میلیون از 1.06 میلیون تن سیمان بازیافتی برای ساخت و ساز در دانمارک مورد استفاده قرار گرفته است ( اسکیمولر و همکاران 2000).

9.2 پیشنهادات مربوط به استفاده از RCA در بتن

بر اساس نتایج تحقیقات مختلف انجام شده توسط محققان مختلف ،چندین پیشنهاد در مورد استفاده از RCA در بتن به صورت زیر ارائه شده اند: - برای دست یابی به کیفیت خوب ، ناخالصی در RCA باید به حداقل برسد. حذف آلایندهای ناخواسته در RCA می تواند با شکستن RCA با استفاده از دستگاه های درست شکننده انجام شود (مثل تاثیر شکننده تاثیری و مخروطی) که این عامل در حذف ملات چسبیده به سطح RCA موثر می باشد ( ACPA,2010) . شستن RCA قبل ازفرایند ساخت نیز برای حداقل رساندن مقدار ذرات ریز ( کمتر از #200 sieve/74 μm) و کاهش پتانسیل کارایی ترکیب و مسائل مربوط به جذب رطوبت در فرایند ترکیب پیشنهاد می شود ( کمیته ACI، 2001) .شناور سازی RCA در M 0.1 محلول کلرید هیدروژن نیز گزینه مناسبی برای حذف ملات قدیمی از RCA است. - استفاده از RCA در شرایط اشباع شده برای اطمینان از کارایی بهتر در مقایسه با RCA خشک توصیه می شود. این تلاش می تواند باافزودن ترکیبات کاهنده آب به ترکیب همراه شود.

Abstract

This manuscript presents a review of the potential and challenge of using recycled concrete aggregate (RCA) as the substitute for natural aggregate (NA) in concrete mixtures. Using RCA in concrete preserves the environment by reducing the need for opening new aggregate quarries and decreases the amount of construction waste that goes into landfill. The properties of RCA such as specific gravity, absorption, and the amount of contaminant present in it contribute to the strength and durability of concrete. The quality of RCA depends on the features of the original aggregate and the condition of the demolished concrete. Some researchers have reported that the use of RCA degrades concrete properties while others have successfully produced RCA concrete with a performance that matched normal concrete (NC). In addition to the influence of RCA to concrete properties, this paper also evaluates multiple techniques to improve the performance of RCA concrete, reported cost savings in concrete production and recommendations regarding the application of RCA in concrete.

1. Introduction

Concrete is known as one of the most highly consumed construction materials. The primary ingredients of a concrete mixture are cement, aggregates (coarse and fine), water and admixtures (Mindess et al., 2003; National Ready Mixed Concrete Association (NRMCA), 2012). Among the aforementioned components, aggregate takes up about 70% to 80% of concrete’s volume. Types of NAs that are commonly used in concrete application consist of crushed stone, sand, and gravel (USGS, 1997). These NAs are obtained through mining natural resources and opening aggregate quarries. The mining process of NAs generally takes place in vast aggregate quarries that involves heavy equipment and consumes an excessive amount of energy. The resources of NAs are abundant but finite (USGS, 1997). Challenges may develop in construction due to depletion and scarcity of the sources, restrictions on opening new sources and the increased production cost. Using recycled aggregate (RA) may help to address some of these challenges (ACPA, 2009; Verian, 2012). RA can be derived from existing concrete, and thus, termed as recycled concrete aggregate (RCA). According to de Vries (1996), the application of RCA in construction works has become a subject of priority throughout many places around the world. As indicators, 10% of the total aggregates used in the United Kingdom (UK) are RCA (Collins, 1996), 78000 tons of RCA were used in the Netherlands in 1994 (de Vries, 1996) while Germany has been aiming a target of 40% recycling rate of its building and demolition waste since 1991 (van Acker, 1998). According the data in 1997, 0.9 million out of 1.06 million metric ton of the recycled old concrete was used for construction in Denmark (Schimmoller et al., 2000). The annual production of recycled materials derived from old asphalt pavement reached 0.8 million metric ton in Sweden in 1999, in which 95% of it was used in the new asphalt pavement (Schimmoller et al., 2000).

9.2. Recommendations for use of RCA in concrete

Based on results of various studies by different researchers, several recommendations on the application of RCA in concrete are summarized as follows: – To achieve good quality, the contaminants on RCA should be minimized. The removal of unwanted contaminants on RCA can be done by crushing RCA with the appropriate type of crushers (i.e. impact crusher and cone crusher) which are effective at removing the adhered mortar on the surfaces of the RCA (ACPA, 2010). Washing the RCA prior to the batching process is also recommended to minimize the amount of fine particles (minus #200 sieve/74 μm) and to reduce the potential of mixture workability problem associated to the moisture absorption during the mixing process (ACI Committee, 2001). Soaking the RCA in the 0.1 M of HCl solution is also an option for removing the old mortar from the RCA. – The use of RCA in saturated condition is recommended to assure a better workability than using dry RCA. This effort can be combined with adding water reducing admixture into the mixture.

چکیده

1. مقدمه

2. مزایای استفاده از RCA

3. تولید RCA

4. درصد جایگزینی RCA در ترکیب سیمان

5. ملاحضات استفاده از RCA ریز

6. ویژگی های RCA

6.1 محتوای ملات

6.2 گرانش ویژه

6.3 جذب

6.4 کاهش حجم در آزمایش سایش L.A

6.5 مقاومت سالم ماندن

6.6غلظت مایع سولفات – کلرید و پتاسیم

7. ویژگی های بتن دارای RCA

7.1کارایی

7.2 تراکم

7.3 مقاومت فشردگی

7.4مقاومت ارتجاعی

7.5مقاومت کششی

7.6 قدر مطلق ارتجاع پذیریE

7.7 ضریب گسترش حرارتCTE

7.8 مقاومت انجماد – گداختگی

7.9 انقباض خشک شدن

7.10 خزش

7.11 نفوذ پذیری

7-12 مقاومت نفوذپذیزی یون کلرید

7.13 ویژگی های شکاف ( ترک )

8روش های بالقوه برای افزایش عملکرد بتن RCA

8.1 استفاده از مواد بتنی مکمل SCM به عنوان جایگزین نسبی OPC

8.2 روش ترکیب دو مرحله ای TSMA

8.3 روش ترکیب ملات MMA

8.4 روش ترکیب استفاده از شن SEMA

8.5 کاهش مقدار ملات در RCA

8.6 اصلاح طراحی میکسر

8.7 محدود سازی مقدار RCA در ترکیب بتن

8.8 RCA خود التیام

8.9پوشش سطوح RCA با پودر پوزولان

8.10 فناوری اصلاح سطح

8.11 استفاده از مواد متراکم اشباع شده

8.12 استفاده از فیبر در ترکیبات بتنCRA

9نتیجه گیری و پیشنهادات

9.1 نتایج

9.2 پیشنهادات مربوط به استفاده از RCA در بتن

ABSTRACT

1. Introduction

2. Benefits of using RCA

3. Production of RCA

4. Percentage replacement of RCA in concrete mixture

5. Consideration for using fine RCA

6. Characteristic of RCA

6.1. Mortar content

6.2. Specific gravity

6.3. Absorption

6.4. L.A. abrasion test mass loss

6.5. Soundness durability

6.6. Potassium, chloride and sulfate leachate concentration

7. Characteristic of concrete containing RCA

7.1. Workability

7.2. Density

7.3. Compressive strength

7.4. Flexural strength

7.5. Tensile strength

7.6. Modulus of elasticity (E)

7.7. Coefficient of thermal expansion (CTE)

7.8. Freezing-thawing resistance

7.9. Drying shrinkage

7.10. Creep

7.11. Permeability

7.12. Chloride ion penetrability resistance

7.13. Fracture properties

8. Potential ways to improve the performance of RCA concrete

8.1. Using supplementary cementitious materials (SCMs) as partial OPC replacement

8.2. Two-stage mixing approach (TSMA)

8.3. Mortar mixing approach (MMA)

8.4. Sand enveloped mixing approach (SEMA)

8.5. Reducing the mortar content on RCA

8.6. Mixture design modification

8.7. Limiting the amount of RCA in concrete mixture

8.8. Self-healing RCA

8.9. Coating RCA surfaces with pozzolanic powder

8.10. Surface-modification technology

8.11. Using saturated aggregate

8.12. Incorporating fiber into RCA concrete mixture

9. Conclusions and recommendations

9.1. Conclusions

9.2. Recommendations for use of RCA in concrete