Bygning fra gamle bygninger:Nedrivningsaffald bliver til ny beton

Beton kan fungere lige så godt, hvis tre fjerdedele af indholdet er blevet genbrugt, et hold har fundet.

Beton er lavet af granulerede materialer som sand og knust sten - kendt som tilslag - bundet sammen af ​​en cementpasta. Cement har et højt kulstofaftryk på grund af kemien i dets produktion og de høje forarbejdningstemperaturer, mens aggregaterne har et højt 'ressourcefodaftryk', fordi de kommer fra begrænsede naturlige kilder. Med de globale byggepriser, der forventes at stige med 35 % i 2030, forskere leder efter måder at reducere begge fodspor gennem genbrug eller brug af andre materialer.

Et team ledet af italienske ingeniører har forfinet behandlingen af ​​nedrivningsaffald på stedet og testet måder at bruge de resulterende strømme af pulvere og tilslag i frisk beton.

"Vi har vist, at det er muligt at opnå forbløffende procenter af bygge- og nedrivningsaffald indlejret i vores præfabrikerede betonelementer, " sagde Dr. Anna Paraboschi, en civilingeniør hos RINA, et industrielt konsulentfirma, og koordinator for projektet, VEEP.

Tidligere undersøgelser foretaget af medlemmer af konsortiet – det spanske R&D-firma Tecnalia og University of Delft i Holland – havde vist, at det kunne være muligt at skubbe grænserne for gammel beton, der bruges i nye – så VEEP har bygget videre på dette i stor skala, tilføjer hun.

Mens bygge- og nedrivningsaffald ofte genanvendes til aggregater, der skal bruges til vejbaser eller som opfyldning efter udgravninger, en stor mængde af de 850 millioner tons, der produceres årligt i Europa, går stadig til losseplads.

Genanvendelse af bygge- og anlægsaffald er steget i hele Europa, hvor de fleste lande når et 2020-mål på 70 % genanvendelse. Imidlertid, mange har gjort dette ved at øge dets anvendelse i vejbaser og opfyldning, mens andre muligheder, som at bruge det i beton igen, forblive uudnyttet.

De mest almindelige første trin i genanvendelse af affaldet er at knuse det og, Hvis det er nødvendigt, Før det knuste materiale gennem en magnetisk separator for at fjerne eventuelt armeringsstål.

VEEP-teamet ønskede at gå længere og udvinde kun den nedrevne beton, i forskellige fraktioner. De sugede det gennem en maskine, de udviklede, der bryder vandbindingerne i betonen, skabe rent groft tilslag samt finere partikler. Sidstnævnte blev derefter ført gennem deres anden maskine, hvor de blev opvarmet for at fjerne fugt og brænde forurenende stoffer som træ og plastik af. Ud af denne anden proces kom to rene strømme – et fint pulver og et fint tilslag.

Pulveret kan erstatte op til en tiendedel af cementen i beton, siger Dr. Paraboschi. De fine og grove tilslag kan erstatte sand og grus næsten fuldstændigt.

Det er i bund og grund at bryde beton ned og samle det igen.

Holdbarhed

Det er afgørende for beton at præstere konsekvent godt på tests såsom styrke og holdbarhed, og bekymringer over dette har begrænset procentdelen af ​​genbrugsmateriale, der kan bruges, med grænser, der varierer fra land til land. Holdet fandt ud af, at deres beton, på trods af at de indeholder 75 % genbrugsmaterialer, fungerede godt mekanisk og på andre kriterier såsom holdbarhed og vandabsorption. Med 5 % af cementen erstattet med genanvendt betonpulver, dens egenskaber blev faktisk forbedret, og forskerne håber at hæve andelen til 10 %.

Materialet er blevet brugt til at fremstille strukturelle og ikke-strukturelle paneler til brug ved renovering af bygninger, som repræsenterer mere end halvdelen af ​​byggeaktiviteten i hele Europa. De har også fundet en afsætningsmulighed for affaldet hos et fransk firma, Keey Aerogel, som laver aerogel termisk isolering af silica. Virksomheden har fundet ud af, at den kan producere sin isolering til omkring halvdelen af ​​prisen ved at udvinde silica fra affaldsbetonen i stedet for at få nyt silica.

Nu har de bevist konceptet, holdet har midler til et andet projekt kaldet ICEBERG for at udvikle processen yderligere, for eksempel at fremskynde anden fase af processen – som i øjeblikket kun kan køre med tre tons i timen sammenlignet med 50 tons i timen for den første – og udvikle kvalitetssikring.

Drømmen er at have en verden, hvor man kan begrænse brugen af ​​jomfruelige råmaterialer og betonrester i byggesløjfen i århundreder, siger Dr. Paraboschi.

Helt at undvære frisk beton er målet for et team, der forsøger at genbruge nedrivningsaffald til nye byggematerialer. I dette tilfælde er det lykkedes at lave facadeplader, der beskytter bygninger mod ekstreme temperaturer, og stråleloftspaneler til indvendig opvarmning.

Gruppen, ledet af forskere ved det italienske nationale forskningsråd, vendte sig til geopolymer cement, et materiale først udviklet i 1970'erne, som har tiltrukket sig ny interesse siden 1990'erne på grund af den stigende bekymring for energifodaftrykket fra den almindeligt anvendte Portland cement.

Eksperimenteret

Forskerne, i et projekt kaldet InnoWEE, har eksperimenteret med forskellige kombinationer af nedrivningsaffald, fandt ud af, at de kunne indlejre forskellige blandinger af genbrugsbeton, mørtel og mursten ind i geopolymeren for at skabe paneler, der ydede såvel som cementpaneler til omtrent samme pris.

Det genanvendte affald udgjorde halvdelen af ​​panelernes vægt, og panelerne forblev robuste, selv når forholdet mellem de forskellige affaldsmaterialer ændrede sig. "Dette er et plus, da man ved rigtige nedrivninger ikke kan kontrollere præcist proportionerne af beton, mursten og så videre, " sagde Dr. Adriana Bernardi, projektkoordinator.

Deres strålende paneler, i særdeleshed, fungerede godt, ifølge Dr. Bernardi. Gevind med tynde rør, der kan lede varmt eller koldt vand, strålepaneler bruges i lofter til opvarmning eller køling. Geopolymermaterialet var godt til at lede varme, så det fungerede godt i denne applikation.

"Den grundlæggende idé med projektet var ikke kun at undersøge et alternativ til cement, og et alternativ, der bruger genbrugte tilslag – men også at foreslå noget, der kunne forbedre bygningers energieffektivitet, " sagde forsker Dr. Matteo Panizza.

"Det er (den) cirkulære økonomi og (den) grønne økonomi:lad os genbruge, lad os genbruge ved at bruge noget, der er mere bæredygtigt end Portland cement, og lad os bruge produkterne til at reducere bygningers energiforbrug."

"Vi har endelig realiseret et materiale, der er konkurrencedygtigt, men som har alle de grønne aspekter, vi gerne ville have, " sagde Dr. Bernardi.

Der er et stykke vej, før en sådan innovation kan bruges til bygninger, imidlertid. Projektet forvandlede et materiale - geopolymeren indlejret med genbrugsaffald - som udførte i laboratoriet til et, der bestod tests på eksperimentelle bygninger i marken.

Men geopolymerer er endnu ikke tilladt i henhold til byggereglerne i nogle lande, som Italien, på grund af mangel på understøttende standarder.

Brug af genbrugsbeton som tilslag i frisk beton er allerede tilladt i hele Europa, men med forskellige grader af forsigtighed, afspejles i maksimale procentsatser, der kan variere fra nul til 50 % afhængigt af de enkelte landes byggeregler. En livscyklusanalyse fra European Cement Research Academy offentliggjort i 2015 viste, at spørgsmålet om, hvorvidt man skal sende knust beton til vejbede, eller at upcycle det i ny beton, afhænger af faktorer som transportafstande, energien involveret i forarbejdningen af ​​den gamle beton, og hvor meget naturgrus der er tilgængeligt i nærheden.

Men begge projekter har lavet livscyklusanalyser, som de siger viser, at deres produkter har et lavere CO2-fodaftryk end traditionel beton. Ved at behandle affaldet på stedet ved hjælp af bærbare maskiner, siger Dr. Paraboschi, VEEP minimerer transportomkostningerne. I mellemtiden siger Dr. Bernardi, "geopolymer har brug for meget lav energi."