DOI: https://doi.org/10.3311/ppch.42036
تاريخ النشر: 2026-01-05
المؤلف: Moussa Hadjadj وآخرون
الموضوع الرئيسي: أداء الخرسانة المعاد تدويرها
نظرة عامة
تبحث الدراسة في إمكانية استخدام نفايات السيراميك الصناعية (CW) ونفايات الجرانيت (GW) ونفايات الأصداف البحرية (SW) كبدائل جزئية للرمل الطبيعي في الخرسانة الرملية السائلة (FSC). تم إنشاء سبع خلطات مختلفة، تضم نسبًا متغيرة (من 0% إلى 30% بالوزن) من هذه المواد المعاد تدويرها. تشير النتائج إلى أنه يمكن استخدام ما يصل إلى 30% من هذه المجاميع المعاد تدويرها بفعالية دون التأثير على الخصائص الطازجة للخرسانة. ومن الجدير بالذكر أن قوة الضغط والانحناء تحسنت بنسبة 40% و90% على التوالي، بينما زادت سرعة الموجات فوق الصوتية بنسبة 6%. بالإضافة إلى ذلك، تم تقليل امتصاص الماء والمسامية بنسبة 20% مع تضمين 30% من المجاميع المعاد تدويرها، مما يدل على تحسين المتانة.
تخلص الدراسة إلى أن الاستخدام المشترك لـ CW وGW وSW لا يلبي فقط خصائص التدفق الموصى بها من قبل EFNARC، بل يعزز أيضًا بشكل كبير الخصائص الميكانيكية لـ FSC. على وجه الخصوص، زادت قوة الضغط والانحناء بعد 90 يومًا بنسبة 38% و92% على التوالي، مع الحد الأقصى لمحتوى المجاميع المعاد تدويرها. علاوة على ذلك، كشفت تحليل الميكروهيكل عبر المجهر الإلكتروني الماسح عن رابطة أقوى بين معجون الأسمنت والمجاميع، مما يساهم في الأداء العام للخرسانة. تدعم هذه النتائج جدوى استخدام ما يصل إلى 30% من المواد المعاد تدويرها في FSC، مما يقدم حلاً مستدامًا لإدارة النفايات والحفاظ على الموارد في صناعة البناء.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على أهمية الخرسانة كمادة بناء أساسية وتتناول التحديات التي تطرحها التصاميم المعقدة بشكل متزايد التي تتطلب خرسانة سائلة. يتم تقديم الخرسانة الرملية السائلة (FSC) كبديل واعد يتميز بانخفاض محتوى المجاميع الخشنة وسهولة التركيب. تؤكد الورقة على الحاجة الملحة لاستخدام النفايات الصناعية والمنتجات الثانوية، مثل نفايات السيراميك والجرانيت، للتخفيف من استنزاف المجاميع الطبيعية وتقليل النفايات البيئية. أظهرت الدراسات السابقة أن دمج هذه المواد يمكن أن يعزز الخصائص الميكانيكية للخرسانة بينما يعالج أيضًا القضايا الاقتصادية والبيئية.
تهدف الدراسة إلى استكشاف الاستخدام المتزامن لنفايات المعادن الصناعية (نفايات السيراميك والجرانيت) والنفايات البحرية (نفايات الأصداف) كبدائل للمجاميع الدقيقة الطبيعية في إنتاج FSC. من خلال استبدال الرمل الطبيعي بنسب متغيرة من هذه المجاميع الدقيقة المعاد تدويرها (0، 5، 10، 15، 20، 25، و30% بالوزن)، تسعى الدراسة إلى تقييم آثارها على كل من الخصائص الطازجة والمتصلبة للخرسانة. سيتم تحليل مؤشرات الأداء الرئيسية مثل قطر تدفق الانزلاق المصغر، ووقت تدفق قمع V، وقوة الضغط والانحناء، والكثافة الجافة، وسرعة الموجات فوق الصوتية، وامتصاص الماء، والمسامية، جنبًا إلى جنب مع المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) لتقييم خصائص المواد. تهدف هذه الدراسة إلى المساهمة في تطوير مواد بناء صديقة للبيئة تعزز من استخدام النفايات بينما تعزز الخصائص الفيزيائية والميكانيكية.
طرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المواد المستخدمة في دراستهم التجريبية، مع التركيز بشكل خاص على الأسمنت البورتلاندي العادي (OPC) CEMI 42.5 N ومسحوق الرخام (MP). يعمل OPC كعامل ربط أساسي، بينما يعمل MP، المشتق من طحن البلاط الأبيض، كمواد مالئة. تم تحليل التركيب الكيميائي لكل من الأسمنت ومسحوق الرخام باستخدام حيود الأشعة السينية (XRD)، مع تقديم النتائج والخصائص الفيزيائية ذات الصلة في الجدول 1. هذه المعلومات الأساسية حاسمة لفهم الإجراءات التجريبية اللاحقة والتفاعلات بين المواد المستخدمة في الدراسة.
مناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على استخدام المجاميع الطبيعية والمعاد تدويرها، وبشكل خاص الرمل السيليسي، ونفايات السيراميك (CW)، ونفايات الجرانيت (GW)، ونفايات الأصداف البحرية (SW)، في صياغة الخرسانة الرملية السائلة (FSC). تم معالجة المجاميع لضمان النظافة والحجم المناسب، حيث كشفت تحليل SEM عن اختلافات مورفولوجية واضحة: كانت جزيئات الرمل الطبيعي مستديرة وناعمة، بينما أظهرت المجاميع المعاد تدويرها أشكالًا زاوية وسطحًا خشنًا. استخدمت الدراسة مضافًا سوبر بلاستيكي عالي لتقليل الماء لتعزيز قابلية العمل لخلطات الخرسانة، التي تم تصميمها وفقًا للطريقة النظرية بواسطة Sablocrete، مع الحفاظ على نسب ثابتة من الماء إلى المسحوق والرمل إلى المسحوق.
تشير النتائج إلى أن دمج ما يصل إلى 30% من المجاميع المعاد تدويرها قد حسّن بشكل كبير الخصائص الميكانيكية للخرسانة. زادت قوة الضغط والانحناء بنسبة 38% و92% على التوالي، بعد 90 يومًا للخلطة التي تحتوي على 30% من CW وGW وSW مقارنة بالخلطة الضابطة. بالإضافة إلى ذلك، لاحظت الدراسة تحسينات في الكثافة الكلية وسرعة الموجات فوق الصوتية (UPV)، إلى جانب تقليل المسامية وامتصاص الماء، مما يؤكد متانة خلطات FSC. كما أوضح تحليل SEM هيكلًا دقيقًا أكثر كثافة ورابطة محسّنة بين معجون الأسمنت والمجاميع في الخلطات المعاد تدويرها. بشكل عام، تدعم الدراسة جدوى استخدام هذه المواد المعاد تدويرها في إنتاج الخرسانة، مما يساهم في إدارة النفايات المستدامة والحفاظ على الموارد مع تحقيق الخصائص الميكانيكية المرغوبة للتطبيقات الهيكلية.
DOI: https://doi.org/10.3311/ppch.42036
Publication Date: 2026-01-05
Author(s): Moussa Hadjadj et al.
Primary Topic: Recycled Aggregate Concrete Performance
Overview
The research investigates the potential of utilizing industrial ceramic waste (CW), granite waste (GW), and seashell bio-waste (SW) as partial replacements for natural sand in flowable sand concrete (FSC). Seven different mixtures were created, incorporating varying percentages (0% to 30% by weight) of these recycled materials. The findings indicate that up to 30% of these recycled aggregates can be effectively used without compromising the fresh properties of the concrete. Notably, the compressive and flexural strengths improved by 40% and 90%, respectively, while ultrasonic pulse velocity increased by 6%. Additionally, water absorption and porosity were reduced by 20% with the inclusion of 30% recycled aggregates, demonstrating enhanced durability.
The study concludes that the combined use of CW, GW, and SW not only meets the flow characteristics recommended by EFNARC but also significantly enhances the mechanical properties of FSC. Specifically, the 90-day compressive and flexural strengths increased by 38% and 92%, respectively, with the maximum recycled aggregate content. Furthermore, the microstructure analysis via scanning electron microscopy revealed a stronger bond between the cement paste and aggregates, contributing to the overall performance of the concrete. These findings support the feasibility of using up to 30% recycled materials in FSC, presenting a sustainable solution for waste management and resource conservation in the construction industry.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significance of concrete as a fundamental construction material and addresses the challenges posed by increasingly complex designs that necessitate fluid concrete. Flowable sand concrete (FSC) is introduced as a promising alternative characterized by its low rough aggregate content and ease of installation. The paper emphasizes the pressing need to utilize industrial waste and by-products, such as ceramic and granite waste, to mitigate the depletion of natural aggregates and reduce environmental waste. Previous studies have shown that incorporating these materials can enhance the mechanical properties of concrete while also addressing economic and environmental concerns.
The research aims to explore the simultaneous use of industrial mineral waste (ceramic and granite waste) and marine biowaste (seashell waste) as substitutes for natural fine aggregates in FSC production. By replacing natural sand with varying proportions of these recycled fine aggregates (0, 5, 10, 15, 20, 25, and 30 wt%), the study seeks to evaluate their effects on both the fresh and hardened properties of the concrete. Key performance indicators such as mini-slump flow diameter, V-funnel flow time, compressive and flexural strength, dry density, ultrasonic pulse velocity, water absorption, and porosity will be analyzed, alongside scanning electron microscopy (SEM) to assess the material characteristics. This research aims to contribute to the development of eco-friendly construction materials that optimize waste utilization while enhancing physical-mechanical properties.
Methods
In this section, the authors detail the materials utilized in their experimental study, specifically focusing on the Ordinary Portland Cement (OPC) CEMI 42.5 N and marble powder (MP). The OPC serves as the primary binding agent, while the MP, derived from grinding white tiles, functions as a filler material. The chemical composition of both the cement and marble powder was analyzed using X-ray diffraction (XRD), with the results and relevant physical properties presented in Table 1. This foundational information is critical for understanding the subsequent experimental procedures and the interactions between the materials used in the study.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the use of natural and recycled aggregates, specifically siliceous sand, ceramic waste (CW), granite waste (GW), and seashell waste (SW), in formulating fluid sand concrete (FSC). The aggregates were processed to ensure cleanliness and appropriate size, with SEM analysis revealing distinct morphological differences: natural sand particles were rounded and smooth, while recycled aggregates exhibited angular shapes and rough surfaces. The study employed a high-water-reducing superplasticizer to enhance the workability of the concrete mixtures, which were designed following the theoretical method by Sablocrete, maintaining consistent water-to-powder and sand-to-powder ratios.
The findings indicate that incorporating up to 30% of recycled aggregates significantly improved the mechanical properties of the concrete. Compressive and flexural strengths increased by 38% and 92%, respectively, at 90 days for the mixture containing 30% CW, GW, and SW compared to the control mix. Additionally, the study observed enhancements in bulk density and ultrasonic pulse velocity (UPV), alongside reductions in porosity and water absorption, confirming the durability of the FSC mixtures. SEM analysis further illustrated a denser microstructure and improved interfacial bonding between the cement paste and aggregates in the recycled mixtures. Overall, the research supports the feasibility of using these recycled materials in concrete production, contributing to sustainable waste management and resource conservation while achieving desirable mechanical properties for structural applications.