Effect of Recycled Fine Aggregate Replacement Ratio on the Fresh State, Mechanical, and Water Absorption Properties of Self- Compacting Mortar

Stellen Sie sich die Bauindustrie als ein riesiges, hungriges Ungeheuer vor, das Berge von Sand und Gestein verschlingt, um unsere Städte zu bauen, während es gleichzeitig massive Haufen aus zerbrochenem Beton alter Gebäude wieder ausspeit. Dies schafft ein doppeltes Problem: Wir gehen dem natürlichen Sand aus, und wir ertrinken in Abfall. Hier tritt der Held unserer Geschichte auf den Plan: Selbstverdichtender Mörtel. Betrachten Sie dies nicht als gewöhnlichen Beton, sondern als eine superglatte, dicke Suppe, die wie Honig fließt. Man kann sie in eine Form gießen, und sie sackt von selbst ab und breitet sich aus, wobei sie jede Nische und jeden Winkel füllt, ohne dass jemand sie vibrieren oder schütteln muss. Es ist der effiziente, aber perfekte Traum des Baumeisters.

Stellen Sie sich nun vor, Sie versuchen, diese perfekte Suppe mit Zutaten aus dem Mülleimer statt aus dem Steinbruch herzustellen. Hier kommen Recycling-Aggregate ins Spiel. Das sind winzige Stückchen von altem, zerkleinertem Beton. Die große Frage, die sich Wissenschaftler gestellt haben, lautet: „Wenn wir den frischen, glatten Flusssand durch diese rauen, recycelten Teile ersetzen, fließt unsere Super-Suppe dann noch? Bleibt sie stark? Oder wird sie zu einem klumpigen, schwachen Brei?“ Dieses Papier taucht tief in dieses chaotische Küchenexperiment ein, um zu sehen, ob wir Bauabfälle in ein leistungsstarkes Baumaterial verwandeln können, ohne das Rezept zu ruinieren.

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Das große Sandtausch-Experiment

In dieser Studie beschlossen zwei Forscher aus dem Iran, die Rolle von verrückten Wissenschaftlern in einem Betonlabor zu übernehmen. Sie wollten sehen, was passiert, wenn man den „guten“ Sand im selbstverdichtenden Mörtel in verschiedenen Mengen durch „recycelten“ Sand (zerkleinerter alter Beton) ersetzt. Sie haben nicht nur geraten; sie stellten fünf verschiedene Chargen von Mörtelsuppe her:

1. Die Kontrolle: 0 % Recycling-Sand (100 % frischer, natürlicher Sand).
2. Der leichte Tausch: 25 % Recycling-Sand.
3. Das Zwischenhaus: 50 % Recycling-Sand.
4. Der schwere Tausch: 75 % Recycling-Sand.
5. Der komplette Wechsel: 100 % Recycling-Sand.

Sie hielten alles andere exakt gleich – die Menge an Zement, das Wasser und die speziellen „Fluss-fördernden“ Chemikalien – sodass sich nur der Sand änderte. Dann unterzogen sie diese Chargen einer Reihe von Tests, um zu sehen, wie sie sich im feuchten Zustand (Frischzustand) verhalten und wie sie im trockenen und harten Zustand (mechanische Eigenschaften) standhalten.

Der Flusstest: Das „Absetzen“ und der „Trichter“

Zuerst untersuchten sie, wie sich der Mörtel bewegte. Stellen Sie sich vor, Sie gießen einen dicken Milchshake. Wenn er zu dickflüssig ist, fließt er nicht; wenn er zu dünnflüssig ist, spritzt er.

• Der Mini-Slump-Flow: Sie ließen einen Kegel aus Mörtel absinken und beobachteten, wie weit er sich ausbreitete. Der „perfekte“ frische Mörtel (0 % Recycling) breitete sich auf 33,5 cm aus. Aber als sie mehr Recycling-Sand hinzufügten, schrumpfte die Ausbreitung. Bei 25 % Recycling-Sand waren es 28,75 cm. Bei 50 % sank es auf 23,0 cm. Als sie bei 100 % Recycling-Sand ankamen, breitete sich der Mörtel kaum noch aus, er erreichte nur 14,75 cm. Das ist ein massiver Rückgang um etwa 56 %!
• Der V-Trichter: Sie maßen auch, wie lange es dauerte, bis der Mörtel durch einen Trichter ablief. Die frische Mischung floss in 7 Sekunden ab. Die Mischung mit 100 % Recycling-Sand brauchte 16 Sekunden.

Warum geschah das? Die Autoren erklären, dass Recycling-Sand wie ein Schwamm mit einer rauen, unebenen Oberfläche ist. Er ist bedeckt mit altem, getrocknetem Zementmörtel, der ihn durstig und klebrig macht. Wenn man ihn mischt, greifen sich diese rauen Teile ineinander und am Wasser fest, was Reibung erzeugt. Es ist, als würde man versuchen, über einen Boden zu gleiten, der mit Sandpapier statt mit Eis bedeckt ist. Je mehr Recycling-Sand man hinzufügt, desto „dickflüssiger“ und langsamer wird die Suppe.

Der Stärketest: Das Quetschen

Als Nächstes warteten sie 28 Tage, bis der Mörtel ausgehärtet war, und drückten ihn dann zusammen, um seine Festigkeit zu messen.

• Die Kontrollmischung (0 % Recycling) war stark und hielt 38,9 MPa stand.
• Die 25 %-Mischung lag bei 38,2 MPa.
• Die 50 %-Mischung lag bei 37,6 MPa.
• Die 75 %-Mischung fiel auf 36,1 MPa.
• Die 100 %-Mischung fiel auf 35,1 MPa.

Hier ist die gute Nachricht: Selbst mit 100 % Recycling-Sand war der Mörtel immer noch ziemlich stark (über 35 MPa). Der Abfall war kein Desaster; es war ein langsames, sanftes Absinken. Die Autoren vermuten, dass der Recycling-Sand winzige Risse und Löcher in seinem Inneren hat (vom Zerkleinern), was den fertigen Block etwas schwächer macht, aber nicht so schwach, dass er unbrauchbar wäre. Bis zu einem Ersatz von 50 % änderte sich die Festigkeit kaum (ein Rückgang von weniger als 4 %).

Der Wassertest: Der Schwamm-Effekt

Schließlich prüften sie, wie viel Wasser der ausgehärtete Mörtel aufsaugen konnte.

• Die Kontrollmischung sog 3,24 % Wasser auf.
• Die 100 %-Recycling-Mischung sog 5,02 % Wasser auf.

Dieser Anstieg ergibt Sinn, da der Recycling-Sand im Grunde ein Schwamm ist. Er hat alten Mörtel an sich haften, der voller winziger Löcher ist. Wenn man mit diesem Sand eine Wand baut, verbinden sich diese Löcher und bilden eine Autobahn, auf der Wasser wandern kann. Je mehr Recycling-Sand man verwendet, desto „schwammartiger“ wird die Wand.

Das Urteil: Den „Goldlöckchen-Bereich“ finden

Was ist also die Quintessenz? Die Arbeit legt nahe, dass man nicht einfach 100 % Recycling-Sand in seinen Mörtel werfen kann und erwarten kann, dass er exakt wie das Original funktioniert. Der Fluss wird zu langsam und die Wasseraufnahme zu hoch.

Dennoch fand die Studie einen „Goldlöckchen-Bereich“. Wenn man 25 % bis 50 % des natürlichen Sands durch Recycling-Sand ersetzt, erhält man das Beste aus beiden Welten. In diesem Bereich:

• Fließt der Mörtel noch gut genug, um nützlich zu sein (wenn auch nicht so perfekt wie die 0 %-Version).
• Die Festigkeit bleibt fast exakt gleich (ein minimaler Rückgang von weniger als 4 %).
• Die Wasseraufnahme steigt an, aber nicht gefährlich.

Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass die Verwendung von Recycling-Sand ein großartiger Weg ist, um natürliche Ressourcen zu schonen und Bauabfälle zu beseitigen, aber man muss vorsichtig mit dem Rezept sein. Wenn man zu hoch geht (75 % oder 100 %), muss man das Gemisch anpassen (mehr Fluss-Förderer hinzufügen oder das Wasser ändern), um die Funktion aufrechtzuerhalten. Aber für einen moderaten Austausch ist es ein Gewinn für den Planeten und den Baumeister.

Was dieses Papier nicht getan hat (Das „Kleingedruckte“)

Es ist wichtig zu wissen, was diese Studie nicht getan hat, damit wir unsere Hoffnungen nicht zu hoch schrauben. Die Forscher haben nicht getestet, wie lange diese Wände in einem Hurrikan halten würden, oder ob sie bei Frost reißen würden, oder ob Salzwasser sie wegätzen würde. Sie haben nur die ersten 28 Tage betrachtet. Sie haben auch keine High-Tech-Mikroskope benutzt, um nach den winzigen Rissen im Sand zu suchen; sie haben dies basierend auf den beobachteten Ergebnissen lediglich vermutet. Daher sind die Ergebnisse zwar vielversprechend, aber sie sind ein Ausgangspunkt, nicht das letzte Wort für jede erdenkliche Situation.

Kurz gesagt: Dieses Papier zeigt uns, dass wir unseren Betonabfall zu neuen Baumaterialien recyceln können, aber wir müssen ihn sorgfältig mischen. Ersetzen Sie ein Viertel oder die Hälfte Ihres Sandes, und Sie erhalten einen starken, umweltfreundlichen Mörtel. Ersetzen Sie ihn komplett, und Sie müssen vielleicht zusätzliche Arbeit leisten, um ihn fließfähig zu halten.