Рециклинг вторичного сырья для изготовления мелкоштучных бетонных изделий в дорожном строительстве. Обзор

Введение. Представлен обзор современных решений в области рециклинга вторичного сырья для производства мелкоштучных бетонных изделий, применяемых в дорожном строительстве. Рассматриваются актуальные проблемы утилизации отходов, сопутствующих технодеятельности человека, и возможности их повторного использования для снижения экологической нагрузки и экономии ресурсов. Анализируются различные виды вторичного сырья, пригодного для вовлечения в бетонные смеси, такие как отходы строительства и сноса, резина, кирпичная крошка и др.

Материалы и методы. На основе анализа, обобщения и систематизации информации, полученной из открытых отечественных и зарубежных источников, изучен практический опыт применения различного вторичного сырья для нужд транспортно-дорожного комплекса в качестве заполнителя или добавок для мелкоштучных бетонных изделий.

Результаты. Систематизированы данные о свойствах бетонов с использованием вторичного сырья, исследовано влияние различных типов и количества добавок на прочность, морозостойкость, водонепроницаемость и другие характеристики мелкоштучных бетонных изделий. Проанализированы существующие стандарты и нормативные документы, регламентирующие применение переработанных материалов в дорожном строительстве.

Выводы. Обзор демонстрирует значительный потенциал использования вторичного сырья в производстве мелко-штучных бетонных изделий для дорожного строительства. Вовлечение вторичного сырья в технологию производства мелкоштучных изделий позволяет снизить себестоимость продукции, уменьшить объемы отходов, направляемых на захоронение, и способствует сохранению первичных природных ресурсов. Необходимы дальнейшее исследование и разработка оптимальных технологических решений для обеспечения высокого качества и надежности изделий с применением вторичных материалов с учетом специфики климатических условий и требований к долговечности дорожных конструкций.

1. Короткова А.С., Скобелкин Ю.А. Проблемы утилизации отходов строительства в России // Юность и знания — гарантия успеха – 2022 : сб. науч. ст. 9-й Междунар. мол. науч. конф. 2022. С. 19–22. EDN GLJKMM.

2. Bjegovic D., Štirmer N., Serdar M. Ecological aspects of concrete production // 2nd International Conference on Sustainable construction materials and technologies. 2010. Pp. 1483–1492.

3. Епифанов В.А., Васильева Е.В. Развитие производства цемента в условиях современного рынка // Строительство. Экономика и управление. 2016. № 2 (22). С. 2–7. EDN YPJJQB.

4. Усов Б.А., Окольникова Г.Э., Акимов С.Ю. Экология и производство строительных материалов // Системные технологии. 2015. № 4 (17). С. 84–105. EDN VLANJZ.

5. Puertas F., García-Díaz I., Barba A., Gazulla M.F., Palacios M., Gómez M.P. et al. Ceramic wastes as alternative raw materials for Portland cement clinker production // Cement and Concrete Composites. 2008. Vol. 30. Issue 9. Pp. 798–805. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2008.06.003

6. Röck M., Saade M.R.M., Balouktsi M., Rasmussen F.N., Birgisdottir H., Frischknecht R. et al. Embodied GHG emissions of buildings — the hidden challenge for effective climate change mitigation // Applied Energy. 2020. Vol. 258. P. 114107. DOI: 10.1016/j.apenergy.2019.114107

7. Лесовик В.С., Шеремет А.А., Чулкова И.Л., Журавлева А.Э. Геоника (геомиметика) и поиск оптимальных решений в строительном материаловедении // Вестник Сибирского государственного автомобильно-дорожного университета. 2021. Т. 18. № 1 (77). С. 120–134. DOI: 10.26518/2071-7296-2021-18-1-120-134. EDN HMWWZK.

8. Şanal İ. Significance of concrete production in terms of carbondioxide emissions: Social and environmental impacts // Journal of Polytechnic. 2018. Vol. 21. Issue 2. Pp. 369–378. DOI: 10.2339/politeknik.389590

9. Сухинина Е.А. Строительство зданий из вторичного сырья с учетом требований экологических стандартов // Вестник МГСУ. 2021. Т. 16. № 2. С. 186–201. DOI: 10.22227/1997-0935.2021.2.186-201. EDN GMYLCK.

10. Токарев В.А., Кабалин М.Д., Грищенко М.С., Конорева О.В. Переработанный бетон как компонент для изготовления асфальтобетонной смеси : Обзор // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. 2024. № 2. С. 19–30. DOI: 10.15593/24111678/2024.02.02. EDN XLBMKG.

11. Gallagher L., Peduzzi P. Sand and sustainability: Finding new solutions for environmental governance of global sand resources. UNEP, 2019. DOI: 10.13140/RG.2.2.33747.63526

12. Jang J.G., Park S.M., Chung S., Ahn J.W., Kim H.K. Utilization of circulating fluidized bed combustion ash in producing controlled low-strength materials with cement or sodium carbonate as activator // Construction and Building Materials. 2018. Vol. 159. Pp. 642–651. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.08.158

13. Ricciardi P., Cillari G., Miino M.C., Collivignarelli M.C. Valorization of agro-industry residues in the building and environmental sector : а review // Waste Management & Research: The Journal for a Sustainable Circular Economy. 2020. Vol. 38. Issue 5. Pp. 487–513. DOI: 10.1177/0734242x20904426

14. Кузнецов В.А., Лесовик В.С. Техногенное сырье для дорожных покрытий // Научные и инженерные проблемы строительно-технологической утилизации техногенных отходов. 2014. С. 115–118. EDN SCUPZT.

15. Лесовик В.С., Гридчин А.М., Муртазаев С.А.Ю., Сайдумов М.С., Ахмед А.А.А., Оцоков К.А. Бетоны для дорожного строительства с применением техногенных материалов // Природоподобные технологии строительных композитов для защиты среды обитания человека : II Междунар. онлайн-конгресс, посвящ. 30-летию кафедры строительного материаловедения, изделий и конструкций. 2019. С. 103–112. EDN XHSSDY.

16. Supino S., Malandrino O., Testa M., Sica D. Sustainability in the EU cement industry: the Italian and German experiences // Journal of Cleaner Production. 2016. Vol. 112. Pp. 430–442. DOI: 10.1016/j.jclepro.2015.09.022

17. Collivignarelli M.C., Cillari G., Ricciardi P., Miino M.C., Torretta V., Rada E.C. et al. The production of sustainable concrete with the use of alternative aggregates : а review // Sustainability. 2020. Vol. 12. Issue 19. P. 7903. DOI: 10.3390/su12197903

18. Khatib J.M., Herki B.A., Kenai S. Capillarity of concrete incorporating waste foundry sand // Construction and Building Materials. 2013. Vol. 47. Pp. 867–871. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2013.05.013

19. Наруть В.В., Ларсен О.А. Самоуплотняющиеся бетоны на основе бетонного лома сносимых жилых зданий // Промышленное и гражданское строительство. 2020. № 2. С. 52–58. DOI: 10.33622/0869-7019.2020.02.52-58. EDN HBXHIF.

20. Самченко С.В., Воронин В.В., Ларсен О.А., Наруть В.В. Самоуплотняющийся бетон с компенсированной усадкой c использованием материалов из бетонного лома // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2021. № 2 (746). С. 71–78. DOI: 10.32683/0536-1052-2021-746-2-71-78. EDN EYNTLL.

21. Larsen O., Samchenko S., Naruts V. Blended binder based on Portland cement and recycled concrete powder // Magazine of Civil Engineering. 2022. № 5 (113). DOI: 10.34910/MCE.113.6. EDN ZLGLFF.

22. Горчакова С.Д., Басалаев Н.А. Улучшение сборных бетонных бордюров с использованием резиновых и наноматериалов // Синергия Наук. 2017. № 11. С. 995–1004. EDN YQYYLP.

23. Thomas B.S., Gupta R.C. A comprehensive review on the applications of waste tire rubber in cement concrete // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2016. Vol. 54. Pp. 1323–1333. DOI: 10.1016/j.rser.2015.10.092

24. Mohajerani A., Burnett L., Smith J.V., Markovski S., Rodwell G., Rahman M.T. et al. Recycling waste rubber tyres in construction materials and associated environmental considerations : a review // Resources, Conservation and Recycling. 2020. Vol. 155. P. 104679. DOI: 10.1016/j.resconrec.2020.104679

25. Youssf O., Mills J.E., Hassanli R. Assessment of the mechanical performance of crumb rubber concrete // Construction and Building Materials. 2016. Vol. 125. Pp. 175–183. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.08.040

26. Zhu H., Rong B., Xie R., Yang Z. Experimental investigation on the floating of rubber particles of crumb rubber concrete // Construction and Building Materials. 2018. Vol. 164. Pp. 644–654. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.01.001

27. Sofi A. Effect of waste tyre rubber on mechanical and durability properties of concrete : a review // Ain Shams Engineering Journal. 2018. Vol. 9. Issue 4. Pp. 2691–2700. DOI: 10.1016/j.asej.2017.08.007

28. Marie I. Zones of weakness of rubberized concrete behavior using the UPV // Journal of Cleaner Production. 2016. Vol. 116. Pp. 217–222. DOI: 10.1016/j.jclepro.2015.12.096

29. Кисляков К.А., Яковлев Г.И., Первушин Г.Н. Свойства цементной композиции с применением боя керамического кирпича и микрокремнезема // Строительные материалы. 2017. № 1–2. С. 14–18. EDN XXIHPX.

30. Денисевич Д.С., Димакова А.В., Шнайдер А.В., Ибе Е.Е. Физико-механические особенности материалов на основе бетонного лома // Вестник евразийской науки. 2020. Т. 12. № 3. С. 4. EDN OUJBCN.

31. Ламжав О. Исследование свойств вторичного заполнителя и бетона, изготовленного из бетонного лома // Экспериментальные и теоретические исследования в современной науке : сб. ст. по мат. VIII Междунар. науч.-практ. конф. 2017. С. 71–77. EDN YPXGZO.

32. Juan-Valdés A., Rodríguez-Robles D., García-González J., de Rojas M.I.S., Guerra-Romero M.I., Martínez-García R. et al. Recycled precast concrete kerbs and paving blocks, a technically viable option for footways // Materials. 2021. Vol. 14. Issue 22. P. 7007. DOI: 10.3390/ma14227007

33. Olofinnade O.M., Ede A.N., Ndambuki J.M., Bamigboye G. Structural properties of concrete containing ground waste clay brick powder as partial substitute for cement // Materials Science Forum. 2016. Vol. 866. Pp. 63–67. DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.866.63

34. Heidari A., Hasanpour B. Effects of waste bricks powder of gachsaran company as a pozzolanic material in concrete // Asian Journal of Civil Engineering. 2013. Vol. 14. Issue 5. Pp. 755–763.

35. Aliabdo A.A., Abd-Elmoaty A.E.M., Hassan H.H. Utilization of crushed clay brick in concrete industry // Alexandria Engineering Journal. 2014. Vol. 53. Issue 1. Pp. 151–168. DOI: 10.1016/j.aej.2013.12.003

36. Ma Z., Tang Q., Wu H., Xu J., Liang C. Mechanical properties and water absorption of cement composites with various fineness and contents of waste brick powder from C&D waste // Cement and Concrete Composites. 2020. Vol. 114. P. 103758. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2020.103758

37. Rens K.L. Inventory and assessment of Denver, Colorado: Curb and gutters // Journal of Performance of Constructed Facilities. 2007. Vol. 21. Issue 3. Pp. 249–254. DOI: 10.1061/(asce)0887-3828(2007)21:3(249)

38. Fityus S.G., Cameron D.A., Walsh P.F. The shrink swell test // Geotechnical Testing Journal. 2005. Vol. 28. Issue 1. Pp. 92–101. DOI: 10.1520/gtj12327

39. Mokhtari M., Dehghani M. Swell-shrink behavior of expansive soils, damage and control // Electro-nic Journal of Geotechnical Engineering. 2012. Vol. 17. Pp. 2673–2682.

40. Johnson T. Trees, Stormwater, Soil and Civil Infrastructure: Synergies Towards Sustainable Urban Design. 2017.

41. Sun X., Li J., Cameron D., Zhou A. Field monitoring and assessment of the impact of a large eucalypt on soil desiccation // Acta Geotechnica. 2022. Vol. 17. Issue 5. Pp. 1971–1984. DOI: 10.1007/s11440-021-01308-4

42. Li J., Zhou Y., Guo L., Tokhi H. The establishment of a field site for reactive soil and tree monitoring in Melbourne // Australian Geomechanics Journal. 2014. Vol. 49. Pp. 63–72.

43. Singh A.K., Nigam M., Kumar R. Srivastava Study of stress profile in cement concrete road of expansive soil due to swell pressure // Materials Today: Proceedings. 2022. Vol. 56. Pp. 347–355. DOI: 10.1016/j.matpr.2022.01.184

44. Momotaz H., Rahman M.M., Karim M.R., Zhuge Y., Ma X., Levett P. Structural performance of fibre reinforced recycled aggregate concrete road kerb sections under monotonic and cyclic loading // Construction and Building Materials. 2024. Vol. 438. P. 137329. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2024.137329

45. Gayarre F.L., López-Colina C., Serrano M.A., López-Martínez A. Manufacture of concrete kerbs and floor blocks with recycled aggregate from C&DW // Construction and Building Materials. 2013. Vol. 40. Pp. 1193–1199. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2011.11.040

46. Chen J., Liu L., Zhou M., Huang Z., Li R., Zhang Z. et al. Study on durability of recycled large aggregate concrete // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. Vol. 371. Issue 4. P. 042016. DOI: 10.1088/1755-1315/371/4/042016

47. Gholampour A., Ozbakkaloglu T. Time-dependent and long-term mechanical properties of concretes incorporating different grades of coarse recycled concrete aggregates // Engineering Structures. 2018. Vol. 157. Pp. 224–234. DOI: 10.1016/j.engstruct.2017.12.015

48. Mohammed A.S., Abbas A.L. Mechanical Properties of Recycled Coarse Aggregate Concrete Made from Known Properties Demolition Waste. 2019.

49. Kou S., Poon C. Effect of the quality of parent concrete on the properties of high performance recycled aggregate concrete // Construction and Building Materials. 2015. Vol. 77. Pp. 501–508. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2014.12.035

50. Momotaz H., Rahman M.M., Karim M.R., Zhuge Y., Ma X., Levett P. Changes in flexural, tensile and impact characteristics of kerb concrete due to the addition of tyre-derived aggregates and polypropylene fibres // Journal of Building Engineering. 2024. Vol. 83. P. 108438. DOI: 10.1016/j.jobe.2024.108438

51. Ларсен О.А., Марков Ю.И., Василькин А.А. Свойства гипсовых композитов с использованием заполнителя из отходов переработки автомобильных шин // Техника и технология силикатов. 2024. Т. 31. № 4. С. 354–364. DOI: 10.62980/2076-0655-2024-354-364. EDN KTYHWZ.

52. Yang J., Du Q., Bao Y. Concrete with recycled concrete aggregate and crushed clay bricks // Construction and Building Materials. 2011. Vol. 25. Issue 4. Pp. 1935–1945. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2010.11.063

53. Marie I., Quiasrawi H. Closed-loop recycling of recycled concrete aggregates // Journal of Cleaner Production. 2012. Vol. 37. Pp. 243–248. DOI: 10.1016/j.jclepro.2012.07.020

54. De Castro S., de Brito J. Evaluation of the durability of concrete made with crushed glass aggregates // Journal of Cleaner Production. 2013. Vol. 41. Pp. 7–14. DOI: 10.1016/j.jclepro.2012.09.021

55. Ling T.C., Poon C.S. Use of recycled CRT funnel glass as fine aggregate in dry-mixed concrete paving blocks // Journal of Cleaner Production. 2014. Vol. 68. Pp. 209–215. DOI: 10.1016/j.jclepro.2013.12.084

56. Su H., Yang J., Ling T.C., Ghataora G.S., Dirar S. Properties of concrete prepared with waste tyre rubber particles of uniform and varying sizes // Journal of Cleaner Production. 2015. Vol. 91. Pp. 288–296. DOI: 10.1016/j.jclepro.2014.12.022

57. Samchenko S.V., Larsen O.A. Modifying the Sand Concrete with Recycled Tyre Polymer Fiber to Increase the Crack Resistance of Building Structures // Buildings. 2023. Vol. 13. Issue 4. P. 897. DOI: 10.3390/buildings13040897

58. Youssf O., Mills J.E., Benn T., Zhuge Y., Ma X., Roychand R. et al. Development of crumb rubber concrete for practical application in the residential construction sector — design and processing // Construction and Building Materials. 2020. Vol. 260. P. 119813. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.119813