Analysis of the variables that affect the strength of concrete with recycled aggregates from prefabricated pipes

Abstract

The influence of several parameters in the compressive and flexural strength of concrete with recycled aggregates is analyzed. The concretes are dosed for a compressive strength of 30MPa. The recycled aggregates are obtained from debris of prefabricated concrete pipes with a compressive strength of 20MPa. Four variables are considered in this analysis: the percentage of natural course aggregates that are replaced by recycled ones; the amount of mortar adhered to the surface of the aggregates, that will be reduced applying mechanical abrasion processes instead of the chemical traditional ones; the maximum size of the replaced aggregates and the percentage of cement addition specified in the dosing. Taguchi’s statistical method is used considering three levels for each of the four parameters to determine their effects on the material behavior, minimizing the number of the experimental tests required. The tests are performed after curing the samples during 28 and 90 days. The three levels for each parameter are stablished after former studies and/or previous experimental tests. The results are quantified through the analysis of variance methodology (ANOVA), to determine which of the variables has higher effects in the final strengths. The results show that materials with equivalent compressive strengths to those of a control concrete can be obtained restricting the percentage of replaced aggregates to 30% and reducing the amount of adhered mortar through abrasion processes, when the samples have been cured for 28 days. The effect of the size of the recycled aggregates gains significance after 90 days of curing, while the amount of cement addition controls the flexural strength. These results indicate that materials with equivalent mechanical properties to those of a control concrete can be obtained by controlling several parameters, allowing the reuse of debris and reducing the amount of natural course aggregates needed significantly.

Se analiza la variación de la resistencia a compresión y tracción de hormigones con áridos reciclados al modificar diversas variables que intervienen en su comportamiento. Los hormigones estudiados se dosifican para una resistencia a compresión de 30MPa. Los áridos reciclados se obtienen de escombros de tuberías prefabricadas de hormigón con una resistencia a compresión de 20MPa. Se consideran cuatro parámetros en este estudio: el porcentaje de sustitución de los áridos gruesos naturales por estos áridos reciclados; la cantidad de mortero adherido a la superficie de los áridos, que se controla aplicando un proceso de abrasión mecánica en lugar de los métodos químicos tradicionales; el tamaño máximo de los áridos gruesos reciclados de sustitución y el porcentaje de adición de cemento especificado en la dosificación. Se utiliza el método estadístico de Taguchi considerando 3 niveles para cada uno de los 4 parámetros para determinar sus efectos sobre la resistencia del material, minimizando el número de ensayos experimentales necesarios. El ensayo se realiza tras periodos de curado de 28 y 90 días. Estos 3 niveles se establecen para cada una de las variables consideradas en base a estudios anteriores o ensayos experimentales previos. Los resultados se cuantifican mediante el método de análisis de varianza (ANOVA), para establecer qué variables afectan en mayor medida a las resistencias finales. Los resultados muestran que una restricción del porcentaje de áridos sustituidos al 30% y una reducción del mortero adherido mediante procesos de abrasión permiten obtener materiales con una resistencia a la compresión equivalente a la de un hormigón de control de resistencia media, cuando el material ha sido curado durante 28 días. La influencia del tamaño del árido reciclado aumenta considerablemente para 90 días de curado, mientras que la importancia del porcentaje de adición de cemento aumenta al considerar la resistencia a tracción. Los resultados indican que controlando ciertos parámetros se obtienen materiales con propiedades mecánicas equivalentes a las de un hormigón de control, permitiendo la reutilización de escombros y reduciendo la cantidad de áridos gruesos naturales necesarios de forma significativa.