Betong kan fungera lika bra om tre fjärdedelar av innehållet har återvunnits, ett team har hittat.

Betong är gjord av granulära material som sand och krossad sten - känd som aggregat - bundna samman av en cementpasta. Cement har ett högt koldioxidavtryck på grund av kemin i sin produktion och de höga bearbetningstemperaturerna, medan aggregaten har ett högt 'resursavtryck' eftersom de kommer från ändliga naturkällor. Med den globala byggnivån beräknad att öka med 35% till 2030, forskare letar efter sätt att minska båda fotavtrycken genom återvinning eller användning av annat material.

Ett team som leds av italienska ingenjörer har förfinat bearbetningen av rivningsavfall på plats och testat sätt att använda de resulterande strömmen av pulver och aggregat i färsk betong.

"Vi har visat att det är möjligt att uppnå häpnadsväckande procentsatser av bygg- och rivningsavfall som är inbäddade i våra prefabricerade betongelement, "sa Dr. Anna Paraboschi, civilingenjör på RINA, ett industriellt konsultföretag, och samordnare för projektet, VEEP.

Tidigare forskning av medlemmar i konsortiet - spanska FoU -företaget Tecnalia och University of Delft i Nederländerna - hade indikerat att det kan vara möjligt att skjuta gränserna för gammal betong som används i ny - så VEEP har byggt vidare på detta i stor skala, tillägger hon.

Även om bygg- och rivningsavfall ofta återvinns till aggregat för att användas för vägbaser eller som återfyllning efter utgrävningar, en stor mängd av de 850 miljoner ton som produceras årligen i Europa går fortfarande till deponi.

Återvinning av bygg- och rivningsavfall har ökat i hela Europa, med de flesta länder som når ett 2020 -mål om 70% återvinningsgrad. Dock, många har gjort detta genom att öka dess användning i vägbaser och återfyllningar, medan andra möjligheter, som att använda den i betong igen, förbli outnyttjade.

De vanligaste första stegen vid återvinning av avfallet är att krossa det och, om nödvändigt, för det krossade materialet genom en magnetisk avskiljare för att ta bort eventuellt armeringsstål.

VEEP -teamet ville gå längre och extrahera bara den rivna betongen, i olika fraktioner. De sipplade det genom en maskin de utvecklade som bryter vattenbindningarna i betongen, skapa rena såväl grova aggregat som finare partiklar. De senare leddes sedan genom sin andra maskin där de värmdes för att avlägsna fukt och bränna bort föroreningar som trä och plast. Ur denna andra process kom två rena strömmar - ett fint pulver och ett fint aggregat.

Pulvret kan ersätta upp till en tiondel av cementen i betong, säger Dr Paraboschi. De fina och grova aggregaten kan ersätta sand och grus nästan helt.

Det är i huvudsak att bryta ner betong och sätta ihop den igen.

Varaktighet

Det är avgörande för betong att prestera konsekvent väl på tester som styrka och hållbarhet, och oro över detta har begränsat andelen återvunnet material som kan användas, med gränser som varierar från land till land. Teamet fann att deras konkreta, trots att den innehåller 75% återvunnet material, fungerat bra mekaniskt och på andra kriterier som hållbarhet och vattenabsorption. Med 5% av cementen ersatt med återvunnet betongpulver, dess egenskaper förbättrades faktiskt, och forskarna hoppas kunna höja andelen till 10%.

Materialet har använts för att göra strukturella och icke-strukturella paneler för användning i renovering av byggnader, som representerar mer än hälften av byggverksamheten i hela Europa. De har också hittat ett utlopp för avfallet med ett franskt företag, Keey Airgel, som gör aerogel värmeisolering från kiseldioxid. Företaget har funnit att det kan producera sin isolering till ungefär hälften av kostnaden genom att extrahera kiseldioxid från avfallsbetongen istället för att få ny kiseldioxid.

Nu har de bevisat konceptet, teamet har finansiering för ett annat projekt som heter ICEBERG för att utveckla processen ytterligare, till exempel påskynda det andra steget i processen - som för närvarande bara kan fungera med tre ton i timmen jämfört med 50 ton i timmen för det första - och utveckla kvalitetssäkring.

Drömmen är att ha en värld där du kan begränsa användningen av jungfruliga råvaror och betongrester i byggslingan i århundraden, säger Dr Paraboschi.

Att helt avstå från färsk betong är målet för ett team som försöker återvinna rivningsavfall till nya byggmaterial. I det här fallet har de lyckats göra fasadpaneler som skyddar byggnader mot extrema temperaturer, och strålande takpaneler för invändig uppvärmning.

Gruppen, ledd av forskare vid Italiens nationella forskningsråd, vände sig till geopolymercement, ett material som först utvecklades på 1970 -talet, som har väckt nytt intresse sedan 1990 -talet på grund av de ökande farhågorna om energifotavtrycket för det vanliga Portlandcementet.

Experimenterade

Forskarna, i ett projekt som heter InnoWEE, har experimenterat med olika kombinationer av rivningsavfall, fann att de kunde bädda in olika blandningar av återvunnen betong, murbruk och tegel i geopolymeren för att skapa paneler som fungerade samt cementpaneler för ungefär samma kostnad.

Det återvunna avfallet utgjorde hälften av panelernas vikt och panelerna förblev robusta även när andelen olika avfallsmaterial ändrades. "Detta är ett plus eftersom man vid verkliga rivningar inte exakt kan kontrollera proportionerna av betong, tegel och så vidare, "sa doktor Adriana Bernardi, projektkoordinator.

Deras strålande paneler, särskilt, fungerade bra, enligt Dr. Bernardi. Gängad med tunna rör som kan leda varmt eller kallt vatten, strålningspaneler används i tak för uppvärmning eller kylning. Geopolymermaterialet var bra på att leda värme så det fungerade bra i denna applikation.

"Grundidén med projektet var inte bara att studera ett alternativ till cement, och ett alternativ med hjälp av återvunnet aggregat - men också att föreslå något som kan förbättra byggnaders energieffektivitet, "sa forskaren Dr Matteo Panizza.

"Det är (den) cirkulära ekonomin och (den) gröna ekonomin:låt oss återvinna, låt oss återvinna med något som är mer hållbart än Portlandcement, och låt oss använda produkterna för att minska energiförbrukningen i byggnader. "

"Vi har äntligen insett ett material som är konkurrenskraftigt men har alla gröna aspekter vi ville ha, sa Dr. Bernardi.

Det finns en bit kvar innan en sådan innovation kan användas för byggnader, dock. Projektet förvandlade ett material - geopolymeren inbäddad i återvunnet avfall - som utfördes i labbet till ett som klarade tester på experimentella byggnader i fältet.

Men geopolymerer är ännu inte tillåtna enligt byggregler i vissa länder, som Italien, på grund av brist på standarder.

Användning av återvunnen betong som ett aggregat i färsk betong är redan tillåtet i hela Europa men med varierande försiktighet, återspeglas i maximala procentsatser som kan variera från noll till 50% beroende på enskilda länders byggregler. En livscykelanalys av European Cement Research Academy som publicerades 2015 visade att frågan om man vill skicka krossad betong till vägbanor, eller för att cykla upp den i ny betong, beror på faktorer som transportavstånd, energin involverad i bearbetning av den gamla betongen, och hur mycket naturgrus som finns i närheten.

Men båda projekten har gjort livscykelanalyser som de säger visar att deras produkter har ett lägre koldioxidavtryck än traditionell betong. Genom att bearbeta avfallet på plats med bärbara maskiner, säger Dr Paraboschi, VEEP minimerar transportkostnaderna. Under tiden, säger Dr. Bernardi, 'geopolymer behöver mycket låg energi.'