«

»

Evaluarea performantelor mecanice si ecologice ale betoanelor cu agregate reciclate

Share

ing. Ligia HANUSEAC GHALAYINI

Industria constructiilor este unul dintre cei mai mari consumatori de resurse naturale, iar betonul, materialul de baza in constructii, contribuie semnificativ la emisiile globale de CO2, in special prin productia de ciment. In acest context, utilizarea deseurilor reciclate din demolari, sub forma agregatelor reciclate, poate reprezenta o solutie sustenabila pentru reducerea impactului asupra mediului.

 

 

Betonul cu agregate reciclate ofera o alternativa la utilizarea exclusiva a materialelor naturale, contribuind la economisirea resurselor si la reducerea deseurilor de pe santiere. Obiectivul principal al acestui studiu este de a analiza performantele mecanice ale betoanelor cu RCA si de a evalua impactul ecologic al acestora, oferind astfel o solutie durabila si viabila pentru constructii.

Cercetarile anterioare au aratat ca utilizarea agregatelor reciclate in beton poate varia in functie de proportii si de metoda de reciclare a materialelor. Studii recente sugereaza ca betonul cu RCA poate avea performante mecanice similare sau chiar superioare betonului traditional, daca proportiile si caracteristicile materialelor reciclate sunt optimizate​​.

In plus, cercetarile au subliniat necesitatea evaluarii impactului ecologic al acestor betoane, prin cuantificarea energiei incorporate si a emisiilor de CO2. Aceste evaluari sunt esentiale pentru promovarea utilizarii pe scara larga a betonului reciclat in constructii durabile​.

De asemenea, utilizarea inteligentei artificiale si a retelelor neuronale pentru optimizarea retetelor de beton a fost propusa ca o metoda eficienta pentru imbunatatirea performantelor mecanice si ecologice ale materialelor​.

 

MATERIALE SI METODE

 Materiale

In studiu s-au utilizat agregate reciclate din beton concasat (RCA) obtinute din deseuri de demolari. Retetele de beton au inclus urmatoarele componente:

  • Ciment tip CEM I 42.5 R, in dozaj de 360 kg/m³;
  • Agregate naturale de rau, cu granulatii de 0-4 mm, 4-8 mm si 8-16 mm;
  • RCA, care a inlocuit agregatele naturale in proportii de 30%, 60% si 100%;
  • Apa, in dozaj de 172 l/m³, si un superplastifiant in proportie de 1% din volumul de ciment​.

 

Metode

Performantele mecanice au fost evaluate prin:

  • Rezistenta la compresiune: testarea cuburilor de beton la 28 de zile, conform standardului SR EN 12390-3;
  • Rezistenta la intindere si incovoiere: determinarea rezistentei la intindere prin despicare si la incovoiere pe prisme standardizate​.

Pentru evaluarea impactului ecologic, s-a calculat energia incorporata si amprenta de carbon pentru fiecare reteta de beton, utilizand metodologia Life Cycle Assessment (LCA).

 

REZULTATE EXPERIMENTALE

Tabelul 1 prezinta rezultatele testelor mecanice efectuate la 28 de zile.

Tabel 1

Reteta Rezistenta la compresiune (N/mm²) Rezistenta la intindere (N/mm²) Rezistenta la incovoiere (N/mm²)
BM 33,45 1,82 1,72
RCA30 35,10 1,88 1,80
RCA60 32,00 1,75 1,65
RCA100 28,50 1,55 1,40

 

Rezultatele arata ca, pentru retetele cu RCA in proportie de 30% si 60%, rezistenta la compresiune si la intindere a fost comparabila sau chiar superioara betonului-martor. Totusi, utilizarea 100% RCA a dus la scaderea rezistentei​​

 

CALCULUL INDICELUI ECO-MECANIC SI EVALUAREA IMPACTULUI ECOLOGIC AL BETOANELOR CU AGREGATE RECICLATE

Indicele eco-mecanic (IME) este un indicator complex utilizat pentru a evalua simultan performantele mecanice si impactul ecologic al materialelor de constructie. Pentru betonul cu agregate reciclate (RCA), acest indice ofera o modalitate de a compara performantele mecanice ale materialului cu amprenta sa ecologica, inclusiv energia incorporata si emisiile de CO₂ asociate productiei si utilizarii agregatelor reciclate.

 

Metodologia de calcul

Pentru a calcula indicele eco-mecanic al betoanelor analizate, s-au utilizat doua componente majore:

  • Performantele mecanice: rezistenta la compresiune, intindere si incovoiere a betoanelor cu RCA;
  • Impactul ecologic: energia incorporata si amprenta de carbon, determinate prin metodologia de evaluare a ciclului de viata (Life Cycle Assessment ‒ LCA).

Energia incorporata este definita ca totalul energiei consumate pe parcursul ciclului de viata al unui material, inclusiv extragerea materiei prime, prelucrarea, transportul si reciclarea acestuia.

 

Tabelul 2: Energia incorporata pentru fiecare reteta

Reteta
Energie incorporata (MJ/kg)
BM 1,75
RCA30 1,50
RCA60 1,30
RCA100 1,10

 

Amprenta de carbon reprezinta cantitatea totala de dioxid de carbon emisa pe parcursul ciclului de viata al materialului. In cadrul acestei evaluari, amprenta de carbon a fiecarei retete de beton a fost calculata in functie de procentul de agregate naturale inlocuite cu RCA.

 

Tabelul 3: Amprenta de carbon pentru fiecare reteta

Reteta
Amprenta de carbon (kg CO/kg)
BM 0,12
RCA30 0,10
RCA60 0,08
RCA100 0,06

 

Indicele eco-mecanic (IME)

 Indicele eco-mecanic (IME) este calculat ca raportul dintre performantele mecanice (in special rezistenta la compresiune) si impactul ecologic (energie incorporata si amprenta de carbon). Formula de calcul este:

 

IME = Rezistenta la compresiune (N/mm²) / Energie incorporata (MJ/kg) × Amprenta de carbon (kg CO₂/kg)

 

Aplicand aceasta formula pentru fiecare reteta de beton, s-au obtinut rezultatele prezentate in Tabelul 4.

 

Tabelul 4: Calculul IME pentru fiecare reteta

 

Reteta
Rezistenta la compresiune (N/mm²)
Energie incorporata (MJ/kg)
Amprenta de carbon (kg CO/kg)
 

IME

BM 33,45 1,75 0,12 15,87
RCA30 35,10 1,50 0,10 23,40
RCA60 32,00 1,30 0,08 30,77
RCA100 28,50 1,10 0,06 43,18

 

 DISCUTII

Rezultatele sugereaza ca utilizarea agregatelor reciclate poate oferi performante mecanice satisfacatoare atunci cand acestea inlocuiesc partial agregatele naturale. In special, reteta cu 30% RCA a inregistrat cele mai bune rezultate, avand o rezistenta la compresiune mai mare decat betonul-martor.

Din punct de vedere ecologic, utilizarea RCA a redus semnificativ amprenta de carbon si energia incorporata, demonstrand potentialul acestor materiale de a contribui la constructii sustenabile​.

Cu toate acestea, inlocuirea completa a agregatelor naturale cu RCA a dus la o scadere a rezistentei la compresiune si intindere, ceea ce limiteaza utilizarea acestora in elementele structurale portante. Astfel, betonul cu RCA poate fi recomandat pentru aplicatii neportante sau cu solicitari mecanice moderate​.

Din analiza IME rezulta ca betonul cu agregate reciclate (RCA) are un indice eco-mecanic superior betonului traditional, ceea ce inseamna ca aceste materiale ofera o performanta mai buna din punct de vedere al sustenabilitatii. In special, reteta RCA100 a avut cel mai mare IME, ceea ce arata ca, desi rezistenta la compresiune este mai mica fata de retetele cu mai putine agregate reciclate, impactul ecologic semnificativ redus compenseaza aceasta scadere.

 

 

 

CONCLUZII

Studiul a demonstrat ca utilizarea agregatelor reciclate din beton poate imbunatati sustenabilitatea materialelor de constructii, reducand impactul asupra mediului si conservand resursele naturale. Inlocuirea partiala a agregatelor naturale cu RCA poate oferi performante mecanice superioare, cu beneficii semnificative asupra mediului.

In concluzie, recomandam utilizarea RCA in retetele de beton pentru aplicatii structurale neportante si pentru elementele unde este necesara o performanta ecologica imbunatatita. Studiile viitoare ar trebui sa se concentreze pe optimizarea proportiilor si pe utilizarea inteligentei artificiale pentru a imbunatati si mai mult performantele acestor materiale​​.

 

BIBLIOGRAFIE

[1] BARBUTA, M.; HANUSEAC, L.; & BEJAN, L. (2020). Experimental Study on Hollow Blocks with Wastes. Proceedings, 63(79), doi:10.3390/proceedings2020063079;

[2] GENCEL, O.; KOKSAL, F.; & BROSTOW, W. (2012). Combined effect of fly ash and waste ferrochromium on properties of concrete. Construction and Building Materials, 29, 633-641;

[3] HARJA, M.; BARBUTA, M.; & GAVRILESCU, M. (2009). Study of morphology for geopolymer materials obtained from fly ash. Environmental Engineering and Management Journal, 8, 1021-1032;

[4] TIMU, A. (2018). Effects of Using Additions on the Properties of Concrete. Universitatea Tehnica „Gheorghe Asachi” din Iasi;

[5] ZOUM, K.S.; MOON, J.; & KIM, J.J. (2016). Experimental study on strength and durability of lightweight aggregate concrete containing silica fume. Construction and Building Materials, 114, 517-528.

 

 

Autor:

dr. ing. Ligia Georgiana HANUSEAC (GHALAYINI) ‒ Universitatea Tehnica „Gheorghe Asachi” Iasi, Facultatea de Constructii si Instalatii

 

 

 

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 218 – octombrie 2024, pag. 70-72

 



Daca v-a placut articolul de mai sus
abonati-va aici la newsletter-ul Revistei Constructiilor
pentru a primi, prin email, informatii de actualitate din aceeasi categorie!
Share

Permanent link to this article: https://www.revistaconstructiilor.eu/index.php/2024/10/07/evaluarea-performantelor-mecanice-si-ecologice-ale-betoanelor-cu-agregate-reciclate/

Lasă un răspuns

Adresa de email nu va fi publicata.