Mechanical and microstructural properties of recycled concretes mixed with ceramic recycled cement and secondary recycled aggregates. A viable option for future concrete

Abstract

El concepto de residuos de construcción y demolición (RCD) engloba una cantidad considerable de desechos, entre los cuales los materiales cerámicos (principalmente ladrillos y azulejos) representan un porcentaje muy importante, suponiendo en muchos países de la Unión Europea más del 50% del total. Por lo tanto, la reutilización de este tipo de residuos es uno de los desafíos más importantes que enfrenta el sector de la construcción en el paradigma de la economía circular. Este trabajo de investigación aborda la doble reutilización de la fracción cerámica de los RCD: primero, como áridos reciclados gruesos y, en segundo lugar, mediante el uso de polvo de ladrillo como adición puzolánica al cemento. De este modo, se fabricaron dos mezclas de hormigón reciclado diferentes: (1) con una sustitución parcial del 50% de los áridos gruesos naturales (RC-RA) y (2) con una sustitución del 50% de los áridos gruesos naturales y un 25% de sustitución del cemento Portland ordinario (RC-RAC).

Se evaluaron el rendimiento mecánico (consistencia, densidad y resistencia a la compresión) y propiedades microestructurales como la porosidad, el análisis de mapeo elemental, los productos de hidratación y las zonas de transición interfacial (ITZ), y se compararon con un hormigón de control (CC). Se reveló que los hormigones reciclados que incorporan cerámica como materiales secundarios tienen un nivel de rendimiento comparable al exhibido por el hormigón convencional a los 28 días, en parte debido a sus características puzolánicas, pero también debido a una menor relación agua/cemento efectiva, lo que demuestra su potencial para la reutilización y su posible contribución a la economía circular.

The concept of construction and demolition waste (CDW) embodies a vast amount of residues, among which the ceramic materials (mainly, bricks and tiles) are an important part as, in many countries of the European Union, they represent more than 50% of the total. Therefore, the reutilization of this type of waste is one of the most important challenges faced by the construction sector within the circular economy paradigm. This research work deals with a dual reutilization of the CDW ceramic fraction: firstly, as coarse recycled aggregates and, secondly, through the use of clay brick powder as a pozzolanic addition to the cement. Thus, two different recycled concrete mixtures were produced: (1) with a 50% partial substitution of the natural coarse aggregates (RC-RA) and (2) with a 50% substitution of the natural coarse aggregates and a 25% substitution of the ordinary Portland cement (RC-RAC). The mechanical performance (consistency, density and compressive strength) and microstructural properties such as porosity, elemental mapping analysis, hydration products and interfacial transition zones (ITZ) were assessed and compared with a control concrete (CC). It was revealed that the recycled concretes incorporating ceramic as secondary materials have a comparable performance level to the one exhibited by the conventional concrete at 28 days, in part due to their pozzolanic characteristics but also due to a lower effective w/c ratio, which demonstrates their potential for reuse and possible contribution to the circular economy.