Dry building mixtures based on recycled construction waste products for the restoration of buildings and infrastructure

Abstract

У статті досліджено можливості використання продуктів ресайклінгу будівельних відходів у технології сухих будівельних сумішей для потреб відновлення об'єктів будівництва та інфраструктури. Актуальність дослідження обумовлена значними обсягами будівельних відходів, що утворюються внаслідок демонтажу застарілих споруд, реконструкції будівель та руйнувань, спричинених воєнними діями на території України. Раціональне використання вторинної мінеральної сировини є одним із перспективних напрямів забезпечення ресурсозбереження, зниження екологічного навантаження на довкілля та підвищення ефективності післявоєнної відбудови. Проаналізовано сучасний стан використання продуктів ресайклінгу будівельних відходів у виробництві будівельних матеріалів. Розглянуто можливість застосування заповнювачів із бетонного лому, цегляного бою, склобою та продуктів дроблення вапнякових порід як компонентів сухих будівельних сумішей. Наведено фізико-механічні характеристики вихідних матеріалів та розроблено серію експериментальних складів із різним вмістом вторинних компонентів. Виконано оцінювання впливу кількості продуктів ресайклінгу на технологічні та експлуатаційні властивості сухих будівельних сумішей. Встановлено, що збільшення частки вторинних компонентів сприяє підвищенню водоутримувальної здатності сумішей та зниженню їх середньої густини. Водночас надмірний вміст вторинної сировини призводить до зменшення міцнісних характеристик матеріалу. За результатами експериментальних досліджень визначено оптимальні склади сумішей, які забезпечують міцність на стиск до 29,5 МПа, міцність на згин до 6,4 МПа та адгезійну міцність до 0,86 МПа. Досліджено можливість зниження витрати цементу до 25 % в оптимальних складах без суттєвого погіршення експлуатаційних властивостей матеріалу. Отримані результати підтверджують доцільність застосування розроблених сухих будівельних сумішей для виконання ремонтно-відновлювальних робіт, улаштування вирівнювальних шарів, ремонту бетонних і цегляних поверхонь, а також відновлення елементів житлової, громадської та інженерно-транспортної інфраструктури.

The paper investigates the potential use of recycled construction waste products in dry building mixtures intended for the restoration of buildings and infrastructure. The relevance of the study is determined by the considerable quantities of construction waste generated as a result of the demolition of obsolete structures, reconstruction of buildings, and destruction caused by military operations in Ukraine. The rational use of secondary mineral raw materials represents a promising approach to resource conservation, reduction of environmental impacts, and improvement of the efficiency of post-war reconstruction. The current state of construction waste recycling in the production of building materials is analysed. The potential application of fillers derived crushed concrete, brick waste, waste glass, and crushed limestone by-products as components of dry building mixtures is considered. The physical and mechanical characteristics of the raw materials are presented, and a series of experimental compositions with different contents of secondary components is developed. The effect of the amount of recycled materials on the technological and performance properties of dry building mixtures is evaluated. It is established that an increase in the proportion of secondary components contributes to an improvement in the water-retention capacity of the mixtures and a reduction in their average density. At the same time, excessive amounts of recycled raw materials result in a decrease in the strength characteristics of the material. Based on the experimental results, optimal mixture compositions are determined, providing compressive strength of up to 29.5 MPa, flexural strength of up to 6.4 MPa, and adhesion strength of up to 0.86 MPa. The possibility of reducing cement consumption by up to 25% in the optimal compositions without a significant deterioration in the performance properties of the material is investigated. The obtained results confirm the feasibility of using the developed dry building mixtures for repair and restoration works, the construction of levelling layers, the repair of concrete and brick surfaces, as well as the restoration of residential, public, and engineering and transport infrastructure.