Mechanical properties of recycled materials in non-load bearing wall structure
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2024-01-22
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Geoengineering (GEO)
Language
en
Pages
90+59
Series
Abstract
The use of recycled materials is the key component of sustainable development in the construction industry. This study examines the suitability of recycled materials obtained from the Turku region for non-load bearing wall structure using both rammed earth and casting methods. The traditional method of rammed earth involves methodically compacting damp natural soil inside a mould. The mould may be removed immediately after compacting the soil, leaving behind well-structured compacted earth. Casting technique was specifically studied focusing on precast interlocking concrete blocks. With these it is possible to create interlocking blocks that allow convenient and efficient construction. Using both techniques, the objective was to create an environmentally friendly construction material from recycled materials. The compressive strength is the most important property for both construction methods and the created construction material. The materials used as binders in this research were bio-based fly ash and bottom ash, blast furnace slag and CEM III/B. Crushed concrete and quarry fines have been used as aggregates. Nominal quantities of cement have been utilized solely as an activator in the masses, constituting between 3,33-5,00% by weight of the dry mass. Laboratory tests were conducted to assess the properties and suitability of recycled materials for specific construction methods. The study focused on the compressive strength of the materials, employing ultrasonic pulse velocity and unconfined compression tests. Freeze-thaw cycles were also examined for their impact on material properties. Six samples were tested for each set, with three undergoing freeze-thaw cycles and three undergoing immediate unconfined compression testing. The rammed earth method exhibited higher compressive strengths compared to the casting technique when utilizing recycled materials. After 28 days of curing, rammed earth samples achieved 3,1-18,1 MPa compressive strengths, while casting method samples varied from 0,8-11,2 MPa. Freeze-thaw cycles had minimal impact on rammed earth samples, and using Stora Enso fly ash as a binder increased the maximum compressive strength after freeze-thaw cycles. Conversely, casting method samples experienced an average 37% decrease in compressive strength when exposed to freeze-thaw cycles. Using recycled materials, both precast and rammed earth methods are best suited to simple, non-load bearing structures that do not require high structural properties such as high compressive, tensile or shear strength. The main advantage of using recycled materials is the low carbon footprint compared to for example using traditional concrete.Kierrätysmateriaalien käyttö on keskeinen osa kestävää kehitystä rakennusalalla. Tässä tutkimuksessa tarkastellaan Turun seudulta saatujen kierrätysmateriaalien soveltuvuutta sullotun maan- sekä valumenetelmällä rakennetussa ei-kantavassa muurirakenteessa. Perinteisessä sullotun maan menetelmässä kosteaa luonnonmaata tiivistetään muotin sisään. Muotti voidaan poistaa välittömästi maan tiivistämisen jälkeen, jolloin jäljelle jää tiivistetystä maasta muodostuva rakenne. Valumenetelmää tutkittiin keskittyen erityisesti esivalettuihin lukkiutuviin betonielementteihin. Niiden avulla voidaan valmistaa yhteen liitettäviä elementtejä, jotka mahdollistavat tehokkaan rakentamisen. Molempia tekniikoita käyttäen tavoitteena oli luoda kierrätysmateriaaleista ympäristöystävällinen rakennusmateriaali. Molempien rakennus-tapojen sekä luodun materiaalin tärkein ominaisuus on puristuslujuus. Tässä tutkimuksessa sideaineina käytettiin biopohjaista lento- ja pohjatuhkaa, masuunikuonaa ja CEM III/B:tä. Kiviaineksena on käytetty betonimursketta ja kivituhkaa. Sementtiä on käytetty pieninä määrinä massojen aktivaattorina, jolloin sen kokonaispitoisuus oli 3,33–5,00 massaprosenttia materiaalien kuivamassasta. Kierrätysmateriaalien ominaisuuksia ja soveltuvuutta tutkittuihin rakennusmenetelmiin arvioitiin laboratoriokokeilla. Tutkimuksessa keskityttiin materiaalien puristuslujuuden määrittämiseen käyttämällä ultraäänipulsseja sekä yksiaksiaalista puristuskoetta. Myös jäätymis-sulamissyklien vaikutusta materiaalien ominaisuuksiin tutkittiin. Kustakin sarjasta testattiin kuusi näytettä, joista kolme altistettiin jäätymis-sulamissyklit ja kolme testattiin ilman altistumista jäätymis-sulamissykleille. Kierrätysmateriaaleja käytettäessä sullotun maan menetelmällä saavutettiin korkeammat puristuslujuudet kuin valumenetelmällä. Kun sullotun maan näytteet olivat kovettuneet 28 päivää, niiden puristuslujuudet vaihtelivat 3,1–18,1 MPa:n välillä. Kun taas valumenetelmällä valmistettujen näytteiden puristuslujuudet vaihtelivat välillä 0,8–11,2 MPa. Jäätymis-sulamissyklien vaikutus sullotun maan tekniikalla valmistettuihin näytteisiin oli lähes merkityksetön ja Stora Enson lentotuhkaa käytettäessä, näytteiden maksimaalinen puristuslujuus oli korkeampi jäätymis-sulamissyklien jälkeen. Sitä vastoin valumenetelmällä valmistettujen näytteiden puristuslujuus laski keskimäärin 37 %, kun ne altistettiin jäätymis-sulamissykleille. Kierrätysmateriaalien käyttö sekä valamis- että sullotun maan menetelmällä soveltuvat parhaiten yksinkertaisiin, ei-kantaviin rakenteisiin, jotka eivät vaadi korkeita rakenteellisia ominaisuuksia, kuten suurta puristus-, veto-, tai leikkauslujuutta. Kierrätysmateriaalien käytön suurin etu on niiden pieni hiilijalanjälki verrattuna esimerkiksi perinteiseen betoniin.Description
Supervisor
Korkiala-Tanttu, LeenaThesis advisor
Gustavsson, HenryKeywords
rammed earth, precast interlocking concrete block, recycled materials, fly ash, bottom ash, crushed concrete