Beton cu agregate asfaltice reciclate
Betonul cu agregate din asfalt reciclat ( RAPCON - RAP Beton ) se realizează începând cu înlocuirea totală sau parțială a agregatelor naturale cu agregate reciclate.
De ceva timp, agregatele reciclate sunt utilizate pentru producerea betonului , provenind în principal din deșeurile provenite din activități de construcție și demolare. Acest lucru permite reducerea consumului de resurse naturale în producția de beton, în special în ceea ce privește agregatele extrase din cariere sau dragate din râuri. Betonul realizat cu agregate RAP are o reducere semnificativă a proprietăților mecanice (de ex. Rezistența la compresiune ) în comparație cu betonul tradițional [1] , însă prezența unei pelicule subțiri de asfalt, care încorporează agregatul natural, ajută la creșterea durității materialului. [2]
Betonul cu agregate reciclate
Betonul este un material realizat din amestecul unui liant hidraulic, adică ciment, un material anorganic măcinat (în antichitate se folosea var sau pozzolan ), cu elemente naturale precum apă și agregate cu diferite mărimi de cereale [3] . Cu toate acestea, în ultimele decenii, conceptul de durabilitate s-a răspândit și în sectorul de producție concret. Aceasta înseamnă că utilizarea agregatelor reciclate pentru a înlocui cele naturale permite păstrarea resurselor naturale, precum și o reducere a costurilor de producție și o scădere a emisiilor de CO 2 . [4] Printre materialele considerate deșeuri, care pot fi utilizate în acest sector, există cu siguranță deșeuri din construcții și demolări (C&D), dar în ultima perioadă au fost utilizate și deșeuri provenite din întreținerea sau renovarea suprafețelor drumurilor (RAP).
RAP
Materialul se obține începând cu scoaterea din funcțiune sau refacerea pavajului drumului, prin operații de frezare sau demolare, acesta din urmă putând afecta toate straturile secțiunii de drum. [5] . Tehnicile implică un proces fierbinte sau, alternativ, un proces rece. În primul caz, pardoseala existentă este supusă unei încălziri, numai după ce se procedează la frezare sau scarificare. Odată cu procesul rece, pavajul drumului este demolat sau măcinat direct la adâncimea necesară. [5] Tipul de intervenție poate influența granulometria produsului final, de exemplu prin intervenția pe cele mai superficiale straturi ale pavajului drumului, este posibil să se obțină un asfalt măcinat cu o granulometrie mai grosieră. Dacă este necesar să se recurgă la o demolare completă a carosabilului, s-ar obține o varietate granulometrică mai mare cu posibilitatea de a obține fracțiuni chiar mai fine. [6]
Proprietate
Stare proaspătă
Proprietățile betonului proaspăt sunt influențate de diverși parametri, cum ar fi conținutul de apă, diametrul maxim și caracteristicile geometrice ale agregatelor. Un beton bun trebuie să combine proprietățile reologice (de exemplu fluiditatea), compactabilitatea (facilitează eliminarea aerului) și coeziunea, evitând separarea elementelor care îl compun ( segregarea ). Setul acestor particularități poate fi inclus în studiul fezabilității (sau consistenței) betonului. Acest parametru este evaluat prin măsurarea înclinării pe con. Testul efectuat cu conul Abrams presupune măsurarea coborârii aluatului ( scăderii ) din cauza forței de greutate. Debitul de scădere ar putea fi, de asemenea, evaluat în acest test. Pe baza măsurătorii obținute, sunt identificate cinci clase de consistență de la cea care indică o lucrabilitate mai mică (S1) la cea superioară (S5) [3] . Utilizarea agregatelor RAP în amestecul de beton duce la o agravare a acestei proprietăți prin măsurarea unei scăderi mai mici decât betonul cu agregate naturale. Acest efect este legat în esență de diverși factori, primul reprezentat de vâscozitatea ridicată a asfaltului [2] , al doilea este legat de forma agregatului, care fiind mult mai neregulat decât un agregat natural necesită o cantitate mai mare de apă pentru realizează aceeași fezabilitate, cu același diametru maxim al agregatului [7] . Funcționabilitatea amestecului poate fi îmbunătățită prin furnizarea de tratamente adecvate (mecanice sau de spălare) care au ca scop curățarea suprafeței agregatului RAP de particulele fine care aderă la învelișul bituminos, ceea ce determină o creștere a absorbției de apă a agregatului. [8] În ceea ce privește ambalarea betoanelor tradiționale, este întotdeauna posibil să se recurgă la utilizarea aditivilor fluidificatori sau super-plastifianți .
A fost împietrit
- Rezistenta la compresiune
Rezistența la compresiune în beton cu agregate RAP este semnificativ mai mică, ajungând la o reducere de 60 ÷ 80% a rezistenței la compresiune în comparație cu betonul realizat cu agregate naturale. Diferența dintre valoarea rezistenței la compresiune este în esență legată de tipul de RAP utilizat, reducerea minoră este detectată în urma înlocuirii doar a fracțiunii grosiere cu agregatul RAP, în timp ce utilizarea componentei scade și mai mult rezistența la compresiune [9] . În general, acest comportament este cauzat de pelicula de asfalt „mai moale” în comparație cu matricea de ciment. Această zonă de interfață între agregat și pastă de ciment, numită tranziție, constituie un punct în care apare o concentrație de forțe, ceea ce duce la formarea de micro-fisuri în jurul agregatului, provocând astfel o scădere a rezistenței la compresiune [2] . Sub sarcini compresive axiale, utilizarea agregatului RAP aduce beneficii în ceea ce privește capacitatea materialului de a absorbi energia înainte de rupere, adică rezistența . De asemenea, în acest caz, prezența învelișului de bitum influențează propagarea fisurii care protejează agregatul [2] .
- Rezistență la încovoiere
Rezistența la flexiune urmează tendința comportamentului de compresie, cu o reducere în funcție de procentul de RAP care înlocuiește agregatul natural [10] . Cu toate acestea, în termeni numerici, reducerea rezistenței poate ajunge până la 35% în betoane cu RAP grosier, în timp ce atinge și 45% dacă sunt prezente ambele fracțiuni granulometrice. Cu toate acestea, un aspect care este îmbunătățit este capacitatea materialului de a absorbi sarcini. Acest lucru are ca rezultat o defecțiune care apare mai lent în timp, aceasta fiind întotdeauna legată de stratul de asfalt care produce o reducere a modulului elastic, pe de altă parte, crescând capacitatea de a absorbi sarcini mai mari comparativ cu betonul cu agregate obișnuite [7] .
- Rezistență la tracțiune
De obicei, rezistența la întindere a betonului este neglijată în calculele structurale, încredințând sarcina de a absorbi tensiunile la întinderea barelor de armare încorporate în interiorul acestuia. Cu toate acestea, rămâne un parametru important în determinarea rezistenței la fisuri a betonului. Având în vedere natura fragilă a materialului, este dificil să se definească o valoare a rezistenței la tracțiune cu măsurători directe, motiv pentru care se deduce pe baza rezistenței la flexiune sau cu teste indirecte, cum ar fi testul brazilian (testul de rupere a tensiunii ). [3] În ceea ce privește rezistența la compresiune și flexiune, utilizarea RAP duce la efecte negative asupra rezistenței la tracțiune în funcție de creșterea procentului de RAP utilizat [10] . În general, se observă că betoanele cu un comportament mai bun sunt cele care conțin doar fracția grosieră, urmate de cele cu ambele fracții, în timp ce utilizarea numai a fracției fine determină cele mai slabe valori de rezistență [8] .
Degradarea lucrărilor de beton
Durabilitate
Deteriorarea betonului poate fi consecința mai multor cauze, de exemplu o proiectare sau construcție incorectă a structurii sau un design incorect de amestec al betonului. Aceste erori pot compromite structura încă din primele etape, prezentând semne de degradare prematură deja după câteva zile sau săptămâni de la operațiile de turnare. Un rol important în durabilitatea lucrărilor de beton îl joacă și acțiunile de mediu, care totuși provoacă daune progresive ale elementului, afectând mai întâi straturile de suprafață și deplasându-se progresiv către straturile cele mai interioare. Dezvoltarea fenomenelor de degradare este facilitată mai ales de disponibilitatea apei și a oxigenului în interiorul betonului, care permite o propagare mai rapidă a elementelor agresive. [4] Din acest punct de vedere, betonul care conține agregate RAP are o porozitate mai mare decât betoanele obișnuite, a căror consecință este ușurința mai mare pentru apă și oxigen de a pătrunde în element, favorizând fenomenele de degradare și contribuind la accelerarea fenomenelor de coroziune a armare atunci când este utilizat pentru piese turnate din beton armat .
Coroziunea armurii
În cazul betonului armat, armăturile sunt protejate de coroziune, dacă betonul în care sunt încorporate este încă în stare alcalină, adică cu un pH de aproximativ 13. În aceste condiții, se spune că oțelul este în condiții pasive. , adică armurile sunt acoperite cu un film subțire de protecție care le protejează. Aceste condiții pasive ale armăturii pot fi compromise ca urmare a unor fenomene precum carbonatarea betonului sau pătrunderea clorurilor . [4] Coroziunea armăturii în urma unuia dintre cele două fenomene menționate mai sus se caracterizează prin două faze indicate ca timp de inițiere și timp de propagare [11] .
Timp de declanșare
Timp necesar pentru ca partea frontală carbogazoasă sau clorurile, peste un anumit prag, să atingă adâncimea armăturii sau să pătrundă la o adâncime egală cu grosimea învelișului de beton. Faza de inițiere în caz de coroziune prin carbonatare este determinată de viteza de penetrare a carbonatării și de grosimea capacului de beton. Acest fenomen poate fi descris printr-o relație care evidențiază o proporționalitate directă între progresul reacției de carbonatare și rădăcina pătrată a timpului. Pe de altă parte, în cazul coroziunii cu cloruri, timpul de aprindere este influențat de viteza de pătrundere a clorurilor , de grosimea capacului de beton și de realizarea conținutului critic de clorură de pe suprafața armăturii, provocând un fenomen de coroziune foarte agresiv numit pitting [4] . Ca urmare a permeabilității lor mai mari, care reprezintă practic parametrul principal care reglează timpul de inițiere (deși nu este singurul), betoanele cu agregat RAP facilitează intrarea speciilor agresive la început, nu împiedică în mod special transportul acestora în interiorul materialului. mai târziu. [12] Toate acestea se traduc într-o scurtare a timpului de aprindere. O soluție la problemă poate fi intervenția asupra tipului de ciment utilizat, chiar dacă cea mai eficientă soluție pare să fie recurgerea la adăugarea de elemente precum fumul de silice , un material care vă permite să obstrucționați golurile din interiorul pastei de ciment. , reducându-i porozitatea [12] . O reducere a porozității a fost observată, de asemenea, în cercetările care nu au folosit fum de silice în exemplare, ci le-au încălzit până la punctul de înmuiere prin observarea unei obstrucții a golurilor prin mâna bitumului care devenise lichid. [1]
Timp de propagare
Timp în care se formează produse de coroziune, care în timp pot genera tensiuni provocând crăparea și detașarea capacului de beton. Parametrii care permit evaluarea timpului de aprindere într-o structură din beton armat sunt potențialul armăturii și rata de coroziune . În ceea ce privește coroziunea prin carbonatare , când frontul de carbonatare a atins adâncimea armăturii, începe faza de propagare, a cărei viteză de coroziune este determinată de disponibilitatea oxigenului și a apei pe suprafața armăturii. În cazul coroziunii cu clorură , atunci când apare coroziunea prin picurare, se generează un mediu foarte agresiv, caracterizat printr-o rată ridicată de coroziune care produce o reducere considerabilă a secțiunii de armare într-un timp relativ scurt. Având în vedere natura deosebit de agresivă a acestui tip de atac, timpul de propagare tinde să fie neglijat, considerând timpul declanșator ca o stare limită. În general, rata de coroziune este influențată de rezistivitatea electrică a betonului, față de care se observă o proporționalitate inversă, adică cu cât rezistivitatea electrică este mai mare, cu atât este mai mică viteza de propagare a coroziunii. [4] Parametrul de rezistivitate este influențat de porozitatea materialului, prin urmare, fiind concret cu RAP mai poros decât cel cu agregatele naturale, are valori de rezistivitate descrescătoare pe măsură ce procentul de înlocuire a agregatelor naturale cu agregatul RAP crește, atingând valori în jur de 25 Ωm când înlocuirea este de 100%, în timp ce pentru un beton cu agregat natural depășește 50 Ωm. [13] Efectul benefic evidențiat de utilizarea fumului de silice pentru a reduce porozitatea este, de asemenea, eficient în creșterea rezistivității. [14]
Când efectele coroziunii nu mai sunt tolerabile, această perioadă se încheie, ceea ce coincide cu sfârșitul „duratei de viață” a structurii.
Angajamente
Betonul cu agregate RAP este utilizat în principal în lucrările de întreținere a drumurilor, în timp ce în domeniul structural utilizarea acestuia nu este încă răspândită, deoarece utilizarea acestor agregate afectează proprietățile mecanice ale betonului, cu toate acestea poate fi utilizată pentru aplicații nestructurale. [15]
Notă
- ^ a b Singh Surender, GD Ransinchung RN și Praveen Kumar,Evaluarea performanței betonului RAP în mediu agresiv , în Journal of Material in Civil Engineering , vol. 30, 10/01/2018, DOI : 10.1061 / (axe) mt . 1943-5533.0002316 .
- ^ a b c d Huang Baoshan, Shu Xiang și Li Guoqiang, Investigarea de laborator a betonului de ciment portland care conține pavaje asfaltice reciclate , în Ciment și beton , vol. 35, 10/01/2005, DOI :10.1016 / j.cemconres.2005.05.002 .
- ^ a b c Luca Bertonini, Materiale de construcție. 1, Structură, proprietăți și tehnologii de producție , 2. ed, CittàStudi, 2012, ISBN 88-251-7368-7 ,OCLC 886197244 .
- ^ a b c d e Luca Bertolini, Materiale de construcție.2, Degradare, prevenire, diagnostic, restaurare , ediția a II-a, CittàStudi, 2012, ISBN 88-251-7368-7 ,OCLC 886197244 .
- ^ a b Indian Road Congress, Practică recomandată pentru reciclarea trotuarelor bituminoase , pe archive.org , 2015.
- ^ Debbarma Solomon, Mani Selvam și Singh Surender, Se pot utiliza deșeurile flexibile ale trotuarelor (RAP) în trotuarele din beton de ciment? - O recenzie critică , în Materiale de construcții și construcții , vol. 259, 2019, DOI : 10.1016 / j.conbuildmat.2020.120417 .
- ^ a b Okafor Fideli O., Performanța pavajului asfaltic reciclat ca agregat grosier în beton , în Leonardo Electronic Journal of Practices and Technologies , vol. 9, 2010.
- ^ a b Surender Singh, GD Ransinchung RN și Praveen Kumar, O tehnică de procesare economică pentru îmbunătățirea proprietăților concrete de beton RAP , în Materiale de construcții și construcții , vol. 148, DOI : 10.1016 / j.conbuildmat.2017.05.030 .
- ^ Solanki Pranshoo și Dash Bharat, Proprietăți mecanice de beton conținând materiale reciclate , în Progrese în construcții de beton , vol. 4, 2016, DOI : 10.12989 / acc . 2016.4.3.207 .
- ^ a b Tia Mang, Su Yu-Min, Chen Yu, Do Tu Ahn, Utilizarea pavajului asfaltic recuperat în dale de beton , 2012.
- ^ Kyösti Tuutti, Coroziunea oțelului în beton , în Institutul suedez de cercetare a cimentului și betonului , 21 octombrie 1982.
- ^ a b Hassan Khaled, Brooks JJ și Erdman M., Utilizarea agregatelor asfaltate recuperate (RAP) în beton , în Waste Management Series , vol. 1, 31 decembrie 2000, DOI : 10.1016 / S0713-2743 (00) 80024-0 .
- ^ Shadmani Ali, Tahmouresi Behzad, Saradar Ashkan, Mohseni Ehsan, Durabilitatea și proprietățile microstructurii betonului modificat SBR conținând pavaj asfaltic reciclat , în Materiale de construcții și construcții , vol. 185, 2018, DOI : 10.1016 / j.conbuildmat.2018.07.080 .
- ^ Shadmani Ali, Tahmouresi Behzad și Saradar Ashkan, Durabilitatea și proprietățile microstructurii betonului modificat SBR conținând pavaj asfaltic reciclat , în Materiale de construcții și construcții , vol. 185, 2018, DOI : 10.1016 / j.conbuildmat.2018.07.080 .
- ^ Erdem Savas și Blankson Marva, Performanța mediului și analiza mecanică a betonului care conține pavaj de asfalt reciclat (RAP) și deșeuri de beton prefabricat ca agregat , în Jurnalul de materiale periculoase , 264C, 2013, DOI : 10.1016 / j.hazmat.20133113040 .