Top Banner
Structural concrete incorporating recycled concrete coarse aggregates Presaturation influence Luís Manuel Madeira Ferreira Extended Abstract Júri Presidente: Prof. Dr. Francisco José Loforte Teixeira Ribeiro Orientador: Prof. Dr. Jorge Manuel Caliço Lopes de Brito Vogais: Dr. António Carlos Bettencourt Simões Ribeiro Setembro, 2007
13

Structural concrete incorporating recycled concrete coarse … · be comparable, these mixes must have the same volumetric composition (cement, coarse aggregates and sand), particles

Jul 22, 2020

Download

Documents

dariahiddleston
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Structural concrete incorporating recycled concrete coarse … · be comparable, these mixes must have the same volumetric composition (cement, coarse aggregates and sand), particles

   

 

 

 

Structural concrete incorporating recycled concrete coarse 

aggregates 

Pre‐saturation influence 

 

 

 

 

Luís Manuel Madeira Ferreira 

 

 

 

 

Extended Abstract 

 

 

 

 

 

 

Júri 

Presidente:   Prof. Dr. Francisco José Loforte Teixeira Ribeiro 

Orientador:   Prof. Dr. Jorge Manuel Caliço Lopes de Brito 

Vogais:   Dr. António Carlos Bettencourt Simões Ribeiro 

     

 

Setembro, 2007 

Page 2: Structural concrete incorporating recycled concrete coarse … · be comparable, these mixes must have the same volumetric composition (cement, coarse aggregates and sand), particles

Structural concrete incorporating recycled concrete coarse aggregates. Pre‐saturation influence 

  

 Extended abstract    1 

1. Introduction  It  is urgent  to  find alternatives  to  the disposal  in  landfills of  the  increasing volume of construction and demolition waste (CDW) produced annually. Moreover, the continuous use of natural resources without restrictions  is unsustainable. This situation makes the reuse of construction and demolition waste  imperious.  One  of  the  hypothesis  with  greater  potential  of  reuse  is  the  utilization  of construction  and  demolition  waste,  namely  of  concrete  rubble,  as  coarse  aggregates  in  the production of structural concrete. Concrete  incorporating  recycled  concrete  coarse  aggregates  has  already  been  studied  by  many investigators, even  though  its properties and performance are  far  from being entirely known. This text  is a  summary of an  investigation undertaken with  the purpose of providing more  information about recycled concrete coarse aggregates (RCCA) and concrete incorporating RCCA and in that way helping the redaction of legislation and technical documents which are fundamental to promote the reuse of CDW.  

2. Scope and objectives  The  use  of  RCCA  in  new  structural  concrete  faces  technological  problems  associated  to  the differences between RCCA and natural aggregates  (NA). These differences have  their origin  in  the mortar attached to the original NA in RCCA. The adhered mortar affects, besides other properties not evaluated  in this  investigation, the density and water absorption of RCCA and density, compressive strength, elasticity modulus, shrinkage and water absorption of concrete. Because  of  the  fast  and  high water  absorption  of  RCCA,  their  incorporation  in  concrete without corrective measures,  leads  to a  reduction of  the effective W/C  ratio of  the mix. This  situation has consequences on concrete’s workability and mechanical behaviour. The maintenance of workability and effective W/C ratio can be achieved in two different ways. One is to directly add an additional amount of water  corresponding  to  the RCCA’s water absorption and allowing them to absorb it. The second way is to avoid water from being absorbed by RCCA. Since it is  impracticable  to prevent water  from entering  the  aggregates,  it  is possible  to  add RCCA nearly saturated to the mix. This way there would be no water transfers between the RCCA and the cement paste.  In  this  investigation,  the  effects  of  both  absorption  compensation methods  on mechanical behaviour and durability of concrete are compared and evaluated. For this purpose, a conventional reference  concrete,  three  mixes  with  substitution  rates  of  20,  50  and  100%  of  natural  coarse aggregates (NCA) with RCCA resorting to compensation of the mixing water, and three other mixes with the same substitution rates resorting to pre‐saturation of RCCA have been produced. In order to be comparable, these mixes must have the same volumetric composition (cement, coarse aggregates and sand), particles size distribution and slump. Some  authors  suggest  that  saturating  aggregates  before  mixing  can  be  a  better  solution  for controlling RCCA higher water absorption and maintain a good control of concrete properties rather than compensating mixture water  (ALAEJOS et al., 2006). However,  studies by BARRA & VAZQUEZ (1996) and POON et al. (2004) have demonstrated that a better concrete performance is achieved by using RCCA with  a  high  humidity  level  compared  to  dried  or  saturated.  Thus,  ETXEBERRIA  (2007) recommends an 80% humidity level in RCCA. EXTEBERRIA (2007) and ALAEJOS et al. (2006) suggest that pre‐saturation of RCCA should be done by sprinklers  in  plant. However,  LIMA  (1999)  refers  that by  this  process  it  is difficult  to  guarantee  a homogeneous humidity of the aggregates and that it can produce washing‐off of finer particles. The same author suggests as an alternative that pre‐saturation occurs inside the concrete mixer. In  both  cases,  either  pre‐saturating  RCCA  or  compensating mixture water,  researchers  BARRA & VAZQUEZ  (1996),  SANTOS  et  al.  (2002), POON  et  al.  (2004), MATIAS & BRITO  (2005)  and GOMES (2007) succeeded in maintaining concrete’s workability. 

Page 3: Structural concrete incorporating recycled concrete coarse … · be comparable, these mixes must have the same volumetric composition (cement, coarse aggregates and sand), particles

Structural concrete incorporating recycled concrete coarse aggregates. Pre‐saturation influence 

  

 Extended abstract    2 

In what  concerns water  absorption  by  RCCA,  SANCHEZ  (2004)  observed  that  it  is  quick  and  that absorptions between 70 and 90% are achieved in only 10 minutes of contact with water.  

3. Aggregates properties  NA and RCCA have been submitted  to several  tests  in order  to determine particle size distribution (EN 933‐2), particle density and water absorption (EN 1097‐6), loose bulk density and voids (EN 1097‐3), water content by drying  in a ventilated oven  (EN 1097‐5) and particles shape by  flakiness  index (EN 933‐3). The most relevant results obtained are shown in Table 1. Particle size distribution results are shown in Table 2.  

Table 1 – Results of tests done in aggregates Property  Coarse gravel Fine gravel Sand  RCCA

Particle dry density (Mg/m3)  2,6 2,65 2,5  2,3Particle saturated surface‐dried density (Mg/m3) 2,64 2,67 2,55  2,44

Water absorption (%)  1,2 0,7 2,3  5,8Loose bulk density (Mg/m3)  1,33 1,42 1,56  1,14

Bulk voids (%)  48,8 46,3 37,5  50,4Water content (%)  0,4 0,1 *  *Flakiness index (%)  9 11 ‐  10

* Aggregate dried before mixing  As expected, RCCA show  lower particle density (apparent, dry, and saturated surface‐dried density) and  loose bulk density  in comparison to natural aggregates. This  is due to the  lower density of the adhered mortar  in comparison  to NA and also,  for  loose bulk density,  to a bigger volume of voids between particles in RCCA. The higher porosity of adhered mortar in comparison to NA is responsible for the higher water absorption in RCCA. The flakiness index reveals no difference between RCCA and NA. The values obtained for these properties match results obtained in bibliographic research. Furthermore, two other characterization tests have been done exclusively in RCCA. The first one has been  the determination of water absorption with  time. This  test has had major  importance  in  this campaign  since  it  has  allowed  quantifying  the  water  absorbed  by  RCCA  during  mixing  and determining the pre‐saturation time period. It consists  in monitoring RCCA’s apparent weight when submerged  into water.  This  test was  adapted  from  the  one  proposed  by  LEITE  (2001),  and  later followed  by  GOMES  (2007),  in  order  to  take  into  consideration  initial  absorption.  The  water absorption with time curve obtained is shown in Figure 1.  

 Figure 1 – Water absorption of RCCA with time 

 

0,00,61,21,72,32,93,54,14,65,25,8

0102030405060708090100

0:00 0:05 0:10 0:15 0:20 0:25 0:30

Water absorption (%

)

Water absorption relative to 

absorptio

n po

tential (%)

Time (h:mm)

Page 4: Structural concrete incorporating recycled concrete coarse … · be comparable, these mixes must have the same volumetric composition (cement, coarse aggregates and sand), particles

Structural concrete incorporating recycled concrete coarse aggregates. Pre‐saturation influence 

  

 Extended abstract    3 

This absorption curve reveals a very high  initial absorption. Only 5 minutes after submerging RCCA into water, the absorption is 89,2% of absorption potential. After this period, the absorption is rather slow and with  small  significance. Considering  this,  the  time period  for pre‐saturation of RCCA was established as 5 minutes expecting 90% of water absorption potential to be absorbed. The  second  test  has  been  the  determination  of  the  quantity  of  adhered  mortar  in  RCCA.  The procedure consists in submitting the RCCA to a thermal shock which detaches the adhered mortar in RCCA from the original NA. The resulting particles are sieved and all particles smaller than 4 mm are considered to be part of the adhered mortar. A percentage of 69,4% of adhered mortar relative to dry  weight  of  aggregates  has  been  obtained.  This  value  is  clearly  higher  than  values  found  in consulted bibliography and, considering the corresponding results of other properties, may indicate a good original concrete quality.  

4. Concrete mixes and production  4.1. Concrete design  Three types of natural  limestone aggregates have been used  in the production of the conventional reference  concrete  (RC):  coarse  gravel,  fine  gravel  and  sand  as  fine  aggregates. Due  to  the  “wall effect”, a maximum particle size of 20 mm was established. All the aggregates used were obtained from rock crushing. A fast settling cement type CEM I 42,5R has also been used and no admixtures of any kind have been employed. The reference concrete has been designed by the Faury method for a XC2 ambient according to EN 206 targeting a C30/37 strength class and a slump of 80 ± 10 mm. For recycled aggregates concrete  (RAC) two conditions were set  for their design. The  first one was that  the  particles  size  distribution  of  RAC  matched  RC.  The  second  condition  was  that  the substitution would only apply  to particles with  size over 4 mm. Naturally,  the  recycled aggregates size distribution do not coincide with the RC’s distribution. Therefore it has been necessary to sieve its particles and prepare a matching mix. Aggregates and concrete particle size distribution is shown in Table 2.  

Table 2 – Particle size distribution of aggregates and concrete Particle size distribution

Sieve size (mm) Passing material (%)

Coarse gravel  Fine gravel Sand RCCA mix  Concrete31,5  100  100 100 100  10020  100  100 100 100  10016  74  100 100 92  928  4  54 100 58  584  1  6 100 0  422  1  2 91 0  371  1  2 55 0  230,5  1  2 33 0  140,25  1  2 21 0  90,125  1  2 15 0  70,063  1,0  1,5 11,7 0  5,4

 With  the  intention of  emphasizing  the water  absorption  condition  effects on  concrete behaviour, RCCA were previously dried in the oven. Due to its great humidity sensibility and considerable water absorption, sand was also previously dried. This way it has been possible to maintain a better control of water presence in the mix. The  substitution  of  natural  coarse  aggregates  (NCA)  by  RCCA  has  been  made  by  replacing  a percentage of NCA by  its equivalent  in volume of RCCA. The composition of each mix produced  is 

Page 5: Structural concrete incorporating recycled concrete coarse … · be comparable, these mixes must have the same volumetric composition (cement, coarse aggregates and sand), particles

Structural concrete incorporating recycled concrete coarse aggregates. Pre‐saturation influence 

  

 Extended abstract    4 

shown  in Table 3.  It  is  important  to  refer  that  the  total amount of water  in mixes with  the  same substitution  rate  is exactly  the  same, allowing differences between mixes  to be a  consequence of RCCA’s water absorption condition only.  

Table 3 – Composition of mixes produced  

Material % of RCCA incorporation 

0% 20% 50%  100%Water (litres)  189,427 189,427 189,427  189,427

Additional water (litres)  0,000 9,321 23,303  46,607Cement (kg)  378,853 378,853 378,853  378,853

Coarse gravel (kg)  522,787 418,230 261,394  0,000Fine gravel (kg)  531,915 425,532 265,958  0,000

Sand (kg) 667,785 667,785 667,785  667,785RCCA mix (kg)  0,000 178,379 445,947  891,894

Effective W/C ratio  0,50 0,50 0,50  0,50Cement paste/aggregates ratio  0,33 0,34 0,35  0,36

 4.2. Pre­saturation  The  first  concern  about  the  pre‐saturation method  was  that  it  corresponded  to  a  practical  and executable procedure that could be applied when producing concrete  in a plant and especially at a construction site. Consequently, it was determined that pre‐saturation would occur inside the mixer, while working, mixing the total amount of water and the total amount of RAC used in the concrete. It was also predefined that pre‐saturation would  last sufficiently  long for the aggregates to reach a stable humidity level. The 5 minutes period of pre‐saturation, corresponding to a 90% humidity level of  RCCA,  was  elected  because  it  corresponds  to  a  small  variation  period  and  does  not  reach saturation. This way, it was intended to guarantee that there would be no water devolution from the aggregate  to  the paste. Also, by choosing a short period of pre‐saturation  it  is possible  to prevent NA’s absorption, even though it is low. After  the pre‐saturation process,  the mixing procedure  follows  the steps described  in point 4.3. At the end of  the mixing procedure,  immediately before  the slump  test, RCCA had been a  total of 10 minutes  in contact with water. Taking  into consideration the water absorption with time results,  in the hypothesis of a continuing absorption of water by RCCA, they would reach a maximum humidity level of 93%. The 3% difference for the non pre‐saturated RCCA should have  little  influence on the slump  test. A  remark must be made  that water absorption continues  long after mixing procedure. Thus  there  is no difference  in W/C  ratio between mixes with pre‐saturated  aggregates  and  those with water compensation.  4.3. Mixing  Concrete mixing has been done  in a  vertical axe mixer with 50  litres  capacity. The  first  stage has consisted  in  the mixing, with  the mixer working,  of  coarse  aggregates,  cement  and water  for  90 seconds.  In  the mixes produced  resorting  to pre‐saturation of RAC  the  first  stage has  consisted  in adding  cement  (and eventually  remaining  coarse and  fine gravel)  to  the pre‐saturation mixture of RAC and the total amount of water. After this, in a period of 30 seconds, the sand was added. Then, a final 180 seconds mixing period has been allowed.  In total, the mixing procedure has been done  in 300 seconds, or 5 minutes. The mixes produced are identified as shown in Table 4. The moulds and concrete needs  for each  test are presented  in Table 5. For each concrete mix, 45 litres of concrete have been produced, except for B50 for which two mixes have been produced. The making and curing of concrete specimens has followed EN 12390‐2. 

Page 6: Structural concrete incorporating recycled concrete coarse … · be comparable, these mixes must have the same volumetric composition (cement, coarse aggregates and sand), particles

Structural concrete incorporating recycled concrete coarse aggregates. Pre‐saturation influence 

  

 Extended abstract    5 

Table 4 – Designation of mixes produced Type of concrete  % of RCCA incorporation  Designation

Reference concrete  0 BR

Concrete with water compensation 20 B2050 B50100 B100

Concrete with pre‐saturated RCCA 20 B20PS50 B50PS100 B100PS

 Table 5 – Moulds and concrete needs 

Test  Concrete age (days) Specimens Volume (l)Density  28  4 cubes (100x100x100 mm)  4,00

Compressive strength 7  4 cubes (100x100x100 mm)  4,0028  6 cubes (100x100x100 mm)  6,00

Elasticity modulus  28  3 prisms (100x100x400 mm)  12,00Shrinkage  until 89 4 prisms (75x75x255 mm)  5,74

Absorption by immersion 28  4 cubes (100x100x100 mm)  ‐*Absorption by capillarity 28  4 prisms (100x100x200 mm)  8,00

     Total  39,74* The same cubes were used in determining concrete’s density and water absorption by immersion  

5. Results  In  fresh  concrete,  the  slump  test  (EN 12350‐2) has been performed and density  (EN 12350‐6) has been  determined.  In  hardened  concrete,  tests  have  been  performed  to  evaluate  compressive strength (EN 12390‐3), density (EN 12390‐7), elasticity modulus (LNEC E397), shrinkage (LNEC E398 / UNE  83‐318‐94), water  absorption  by  immersion  (LNEC  E394)  and water  absorption  by  capillarity (LNEC E393). Moreover, the mixes’ surface has been observed in a magnifying glass. Before  presenting  results  from  the  tests mentioned  above,  it must  be  pointed  that  the  primary objective of this investigation was to evaluate the RAC pre‐saturation effect on mechanical behaviour and durability of concrete. Therefore,  in  this summary, only  this  issue will be  focused. However, a brief note  is made to comment the expectable differences between RC and RAC. These differences are observed in all tests undertaken and show similar trends to other investigations. The differences between RAC and RC are,  in all  cases except  for autogeneous  shrinkage, more evident  the higher RCCA incorporation rate, and are listed below: 

• lower density of fresh and hardened concrete in RAC; • lower compressive strength  in RAC at both ages of 7 and 28 days; faster  initial compressive 

strength in RAC, with slower evolution between the ages of 7 and 28 days; • lower modulus of elasticity  in RAC, with higher variation relative to RC than  in compressive 

strength; • higher drying shrinkage but lower autogeneous shrinkage; • higher water absorption by immersion and by capillarity. 

The  good  performance  of  concrete  with  20%  RCCA  incorporation  rate  produced  resorting  to compensation of mixture water must also be mentioned showing very similar behaviour to RC.  5.1. Slump  Slump test results represented in Figure 2 show that the target slump of 80 ± 10 mm is achieved in all mixes and that no differences are revealed between mixes with pre‐saturated RCCA and those with water compensation. Thus, it may be concluded that concrete’s workability, evaluated by the slump 

Page 7: Structural concrete incorporating recycled concrete coarse … · be comparable, these mixes must have the same volumetric composition (cement, coarse aggregates and sand), particles

StructurPre‐satu

 

Extende

test, is nindirect deviatio 

 5.2. De Fresh cosaturatecompenof NCA bof  this  pexplaine 

Figur

 Hardenein mixesmixes wDifferenporosity 

2250

2300

2350

2400

2450

Den

sity (kg/m

3 )

al concrete iuration influe

d abstract 

not sensible tgross  effecns from the 

ensity 

oncrete densed  RCCA  witsation increaby RCCA shoproperty  fored by the lack

e 3 – Fresh coinco

ed concrete s with pre‐saith water coces  in  both . 

y = ‐141,8x +R² = 0,9

Incorp

Water compen

ncorporatingence 

to the waterctive  W/C  robjective of 

Figure

sity results reth  incorporaases for highw the same r  incorporatik of a concre

oncrete densitrporation rate

dry density aturated RCCmpensation densities m

0

20

40

60

80

100

0

Slum

p (m

m)

y = ‐1R

+ 240034

poration rate o

nsation

g recycled co

r absorption atio  measura constant e

e 2 – Slump te

epresented iation  rates her RCCA incdensity. Takon  rates  of ete levelling g

ty versus RCCe 

results preseCA. Howeverdoes not rev

may  indicate 

% 20%

Incorporatio

128,6x + 2400R² = 0,995

of RCCA

Pre‐saturati

oncrete coar

compensatire,  it  alloweffective W/C

est results for

n Figure 3 shof  20  and corporation rking into con20  and  50%glass plaque

CA  Figur

ented in Figur, contrarily veal sensibilithat mixes

50%

n rate of RCCA

ion

2

2

2

2

2

Dry den

sity (kg/dm

3 )

rse aggregate

on method. s  concludingC ratio in all 

 the different

how a lower50%.  The  drates. Howevsideration th%,  these  last during tests

re 4 – Hardene

ure 4 show ato fresh conity to RCCA iwith  pre‐sa

100%

A

y = ‐159R² =

2100

2150

2200

2250

2300

In

Water com

es. 

Even thoughg  that  therproduced m

t mixes 

r density trendifference  fover, mixes whe almost pet  results mas. 

ed concrete dincorporation

a slightly lowncrete densitncorporationaturated  agg

Water compensatio

Pre‐saturatio

Reference concrete

9,6x + 2270= 0,999

ncorporation r

mpensation

h the slump e  are  no  imixes. 

 

nd in mixes wor  mixes  witwith total suberfect linear ay  be  errone

dry density ven rate 

wer dry densty, the differn rate. gregates  hav

n

on

y = ‐150,3x + 2R² = 0,990

rate of RCCA

Pre‐sat

 

 6 

test is an mportant 

with pre‐th  water bstitution variation eous  and 

ersus RCCA 

sity trend rence for 

ve  higher 

22700

turation

Page 8: Structural concrete incorporating recycled concrete coarse … · be comparable, these mixes must have the same volumetric composition (cement, coarse aggregates and sand), particles

Structural concrete incorporating recycled concrete coarse aggregates. Pre‐saturation influence 

  

 Extended abstract    7 

5.3. Compressive strength  The  average  compressive  strength  of  59  MPa  in  RC,  which  corresponds  to  a  characteristic compressive  strength  of  50,1 MPa,  includes  it  in  the  C40/50  class.  Even  though  higher  than  the C30/37  target  class,  this  class  is  favourable  to  emphasize  differences  between  mixes  with  pre‐saturated RCCA and those with water compensation. At both ages of 7 and 28 days  (Figure 5 and Figure 6) mixes with pre‐saturated RCCA have  lower compressive strength than mixes with water compensation. This is possibly due to a “nailing effect”. This effect  is produced by  the penetration of  cement paste  inside  superficial porous of aggregate particles.  

Figure 5 – Compressive strength at 7 days versus RCCA incorporation rate 

Figure 6 – Compressive strength at 28 days versus RCCA incorporation rate 

 Considering  the  high  compressive  strength  of  the mixes  produced,  it  is  predictable  that  fracture occurs in the interfacial transition zone between aggregates and cement paste, or even through the aggregates,  if the compressive strength  is too high. Before mixing, pre‐saturated RCCA present not only a high level of humidity but also water on the surface and in the interior of surface porous. This situation may impair the penetration of the cement paste into the pores leading to a decrease of the “nailing effect” and, consequently, to a weaker interfacial transition zone between cement paste and RCCA. The  difference  between  mixes  with  pre‐saturated  RCCA  and  those  with  water  compensation  is attenuated with the increase of RCCA’s incorporation rate which may be due to an increase of weak zones in concrete.  5.4. Elasticity modulus  Elasticity modulus results, represented in Figure 7, show that, for RCCA incorporation rates of 20 and 50%, mixes with pre‐saturated RCCA have lower modulus of elasticity. The exception for mixes with total  substitution  of NCA  by  RCCA may  be  due  to  the  fewer  valid  tests  for  B100,  since  this mix showed higher compressive strength than B100PS. So, it is not possible to conclude on the evolution of the difference in elasticity modulus with the incorporation rate of RCCA.  

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

Incorporation rate of RCCA

Water compensation Pre‐saturation

Compressive stren

ght, 

7 days (M

Pa)

y = ‐10,15x + 59R² = 0,935

y = ‐12,81x + 59R² = 0,686

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

Incorporation rate of RCCA

Water compensation Pre‐saturation

Compressive stren

ght,

28 days(M

Pa)

Page 9: Structural concrete incorporating recycled concrete coarse … · be comparable, these mixes must have the same volumetric composition (cement, coarse aggregates and sand), particles

Structural concrete incorporating recycled concrete coarse aggregates. Pre‐saturation influence 

  

 Extended abstract    8 

 Figure 7 – Elasticity modulus versus RCCA incorporation rate 

 5.5. Shrinkage  Drying  shrinkage  test  specimens have been  cured  in  climatic  chamber  at 20°C  and 50% humidity. However, due to a technical problem with the weathering chamber, B100 and B100PS have had to be cured  in ambient conditions. For autogeneous shrinkage measure, test specimens have been cured for 28 days in humid chamber. Drying shrinkage results represented in Figure 8 and Figure 9 show a much higher shrinkage in mixes with pre‐saturated RCCA. This  trend  is  supported by a higher weight  loss of B100PS comparing  to B100  during  drying  (4,4%  against  3,9%). Also,  in  Figure  8,  it  is  seen  that  the  difference  between B50PS and B50 is bigger than between B20PS and B20 suggesting that for a higher RCCA substitution rate  the  difference  between mixes with  pre‐saturated  RCC  and mixes with water  compensation increases.  The  lower  “nailing  effect”,  reducing  friction  in  the  interfacial  transition  zone  between RCCA and the cement paste, the higher porosity, allowing an easier water exit  from the  interior of concrete, and the lower elasticity modulus of mixes with pre‐saturated RCCA are the causes of these results.  

Figure 8 – Drying shrinkage evolution of mixes cured in the weathering chamber with concrete’s age 

Figure 9 – Drying shrinkage evolution of mixes cured in ambient condition with concrete’s age 

 Obtained results for autogeneous shrinkage represented in Figure 10 do not allow concluding on the effect of RCCA’s pre‐saturation.  

y = ‐6,667x + 35,63R² = 0,938

y = ‐6,620x + 35,63R² = 0,975

20

24

28

32

36

40

Elasticity

 mod

ulus (G

Pa)

Incorporation rate of RCCA

Water compensation

Pre‐saturation

0,0E+00

2,0E‐04

4,0E‐04

6,0E‐04

8,0E‐04

1,0E‐03

1,2E‐03

0 20 40

Drying shrinkage, ε (m

/m)

Concrete age (days)

BR

B20

B20PS

B50

B50PS

0,0E+00

2,0E‐04

4,0E‐04

6,0E‐04

8,0E‐04

0 50 100

Drying shrinkage, ε(m

/m)

Concrete age (days)

B100

B100PS

Page 10: Structural concrete incorporating recycled concrete coarse … · be comparable, these mixes must have the same volumetric composition (cement, coarse aggregates and sand), particles

Structural concrete incorporating recycled concrete coarse aggregates. Pre‐saturation influence 

  

 Extended abstract    9 

 Figure 10 – Autogeneous shrinkage evolution with concrete’s age 

 5.6. Water absorption by immersion  As seen  in Figure 11, water absorption by  immersion  is slightly higher  in mixes with pre‐saturated RCCA. The only point outside  this  trend  for  the RCCA  incorporation  rate of 50% may be due  to an error during the test of one of the two B50 mixes which presents much higher absorption.  

 Figure 11 – Water absorption by immersion versus RCCA incorporation rate 

 5.7. Water absorption by capillarity  The results from the water absorption by capillarity test, represented in Figure 12, point out a clearly higher absorption  for mixes with pre‐saturated RCCA.  It  is also  seen  that  the difference  for mixes with water compensation increases for higher RCCA incorporation rates. The capillary ascension height results represented  in Figure 13 are coherent with water absorption by capillarity results. Pre‐saturated RCCA mixes present higher capillary ascension  levels than those with water compensation. The almost constant values between  incorporation rates of 50 and 100% are due to a pressure balance between exterior water surface and water surface inside pores. The capillarity water absorption results, complemented with absorption by immersion results, allow concluding  that  mixes  with  pre‐saturated  RCCA  have  worse  durability  than  those  with  water compensation.  

0,0E+00

2,0E‐04

4,0E‐04

6,0E‐04

8,0E‐04

1,0E‐03

0 10 20 30Concrete age (days)

BR

B20

B20PS

B50

B50PS

B100

B100PS

Autogen

eous shrinkage, ε

(m/m

)

y = 6,128x + 13,26R² = 0,978

y = 6,665x + 13,26R² = 0,986

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

Incorporation rate of RCCA

Water compensation

Pre‐saturation

Water absorption by

 im

mersion

(%)

Page 11: Structural concrete incorporating recycled concrete coarse … · be comparable, these mixes must have the same volumetric composition (cement, coarse aggregates and sand), particles

Structural concrete incorporating recycled concrete coarse aggregates. Pre‐saturation influence 

  

 Extended abstract    10 

Figure 12 – Water absorption by capillarity after 72 hours versus RCCA incorporation rate 

Figure 13 – Capillary ascension height after 72 hours versus RCCA incorporation rate 

 5.8. Observation with magnifying glass  The  observation  with  a  magnifying  glass  of  mixes’  surface  show  a  homogeneous  and  blurred interfacial  transition zone between cement paste and RCCA, both  in  reference concrete and mixes with  water  compensation  (Figure  14).  On  the  other  hand,  pre‐saturated  RCCA mixes  showed  a slightly more marked and visible  interfacial  transition zone  (Figure 15). This may be a result of  the lower “nailing effect” in these mixes.  

 Figure 14 – B100 photograph with 20x zoom 

 Figure 15 – B100PS photograph with 20x zoom 

 

6. Conclusions  It is possible to conclude that RCCA have different proprieties from NA. These differences are evident in  particle  and  loose  bulk  density  (lower  in  RCCA)  and  water  absorption  (higher  in  RCCA).  No significant differences were  found  in aggregates shape by  flakiness  index. The differences between RAC and NA are a consequence of the low density and high porosity of the adhered mortar in RCCA. The  higher  adhered mortar  quantity  in  RCCA  compared  to  other  investigations  contrasted  with matching  results  of  other  properties  may  indicate  a  good  original  concrete  quality.  It  is  also concluded  that water  absorption  in  RCCA  is  very  intense  in  the  first  instants  of  submerging  into water,  leading  RCCA  to  rapidly  achieve  a  high  humidity  level.  This  test  is  very  important  for determining mixing and pre‐saturation time periods and the absorbed water by RCCA. Concerning concrete properties, fresh concrete density and hardened concrete dry density are lower in mixes with  pre‐saturated  RCCA.  This may  indicate  that mixes with  pre‐saturated  RCCA  have  a 

y = 0,002x + 0,006R² = 0,977

y = 0,003x + 0,006R² = 0,832

0,0E+00

2,0E‐03

4,0E‐03

6,0E‐03

8,0E‐03

1,0E‐02

1,2E‐02

Water absorption by

 capilarity 

after 7

2 ho

urs (g/m

m2 )

Incorporation rate of RCCA

Water compensation Pre‐saturation

0

20

40

60

80

Capillary ascen

sion

 height a

fter 

72 hou

rs (m

m)

Incorporation rate of RCCA

Water compensation Pre‐saturation

Page 12: Structural concrete incorporating recycled concrete coarse … · be comparable, these mixes must have the same volumetric composition (cement, coarse aggregates and sand), particles

Structural concrete incorporating recycled concrete coarse aggregates. Pre‐saturation influence 

  

 Extended abstract    11 

higher porosity. In fresh concrete density the difference between mixes with pre‐saturated RAC and those with water compensation show a growing trend for increasing incorporation rates. However, in hardened concrete dry density  this  trend  is not seen. Compressive strength and elasticity modulus are also  lower  in mixes with pre‐saturated RCCA. This may be due to a weaker  interfacial transition zone caused by a lower “nailing effect”. The difference in compressive strength for mixes with water compensation shows a diminishing trend for increasing RCCA incorporation rates which is caused by a higher number of weak zones. Drying shrinkage is higher in mixes with pre‐saturated RCCA. This is possibly  due  to  the  lower  “nailing  effect”,  higher  porosity  and  lower  elasticity modulus  of  these mixes. Autogeneous shrinkage results are not conclusive. Considering this, it is concluded that RCCA pre‐saturation leads to a worse mechanical behaviour of concrete. Water  absorption by  immersion  is higher  in mixes with pre‐saturated RCCA. Water  absorption by capillarity  and  capillary  ascension  height  show  the  same  trend  even  though more  evidently.  The difference in water absorption by capillarity, between mixes with pre‐saturated RCCA and those with water compensation,  increases for higher RCCA  incorporation rates. It  is then concluded that mixes with  pre‐saturated  RCCA  have worse  durability. Moreover,  it  is  concluded  that  durability  is more affected by pre‐saturation of RCCA than mechanical behaviour. The  observation  with  magnifying  glass  allows  concluding  that  a  better,  more  homogeneous, interfacial transition zone is obtained in mixes with water compensation. All  in all,  it  is concluded  that,  in order  to prevent RCCA water absorption  from affecting concrete’s properties, it is preferable to compensate mixing water rather than pre‐saturating the RCCA.  

7. Bibliography  

• ALAEJOS,  P.,  SANCHEZ, M.,  ALEZA,  F.,  BARRA, M.,  BURÓN, M.,  CASTILLA,  J.,  DAPENA,  E., ETXEBERRIA, M.,  FRANCISCO,  G.,  GONZÁLEZ,  B., MARTÍNEZ,  F., MARTÍNEZ,  I.,  PARRA,  J., POLANCO, J., SANABRIA, M., VAZQUEZ, E., “Utilización de árido reciclado para la fabricación de  hormigón  estructural”,  Comisión  2,  Grupo  de  Trabajo  2/5  “Hormigón  reciclado", Monograph M‐11 ACHE, Madrid, 2006. 

• BARRA, M., VASQUEZ, E., “The influence of retained moisture in aggregates from recycling on the properties of new hardened concrete”, Waste Management, Vol. 16, pp. 113‐117, 1996. 

• ETXEBERRIA, M., VÁZQUEZ, E., MARÍ, A., BARRA, M., “Influence of amount of recycled coarse aggregates and production process on properties of  recycled aggregate concrete”, Cement and Concrete Research nº 37, pp. 735‐742, 2007. 

• GOMES,  M.,  “Betões  estruturais  com  incorporação  de  agregados  reciclados  de  betão  e cerâmicos  com  reboco”, MSc.  thesis  in  Construction,  Instituto  Superior  Técnico,  Technical University of Lisbon, Lisbon, 2007. 

• LEITE, M. B., “Avaliação de propriedades mecânicas de concretos produzidos com agregados reciclados  de  resíduos  de  construção  e  demolição”,  PhD.  Thesis  in  Civil  Engineering, Engineering School, Federal University of Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2001 

• LIMA, J., “Proposição de diretrizes para produção e normalização de resíduo de construção reciclado e de suas aplicações em argamassas e concretos”, MSc. Thesis in Architecture and Urbanism, São Carlos Engineering School of University of São Paulo, São Carlos, 1999. 

• POON, C.S., SHUI, Z.H., LAM, L., FOK, H., KOU, S.C., “Influence of moisture states of natural and recycled aggregates on the slump and compressive strength of concrete”, Cement and Concrete Research nº 34, pp. 31‐36, 2004. 

• SANCHEZ, M., “Estudio sobre la utilización de árido reciclado para la fabricación de hormigón estructural”, PhD. thesis, Polytechnic University of Madrid, Madrid, 2004. 

• SANTOS, J., BRANCO, F. A., BRITO, J. de, “Utilização de agregados grossos reciclados de betão na produção de novos betões”, Estruturas 2002, pp. 227‐236, LNEC, Lisbon, 2002. 

Page 13: Structural concrete incorporating recycled concrete coarse … · be comparable, these mixes must have the same volumetric composition (cement, coarse aggregates and sand), particles

Structural concrete incorporating recycled concrete coarse aggregates. Pre‐saturation influence 

  

 Extended abstract    12 

• EN 932‐2:1998, Tests  for general properties of aggregates – Part 2: Methods  for  reducing laboratory samples. 

• EN  933‐3:1997,  Tests  for  geometrical properties of  aggregates  –  Part  3: Determination of particle shape – Flakiness index. 

• EN  1097‐3:1998,  Tests  for  mechanical  and  physical  properties  of  aggregates  –  Part  3: Determination of loose bulk density and voids. 

• EN  1097‐5:1999,  Tests  for  mechanical  and  physical  properties  of  aggregates  –  Part  5: Determination of the water content by drying in a ventilated oven. 

• EN  1097‐6:2000,  Tests  for  mechanical  and  physical  properties  of  aggregates  –  Part  6: Determination of particle density and water absorption. 

• EN 12350‐2:1999, Testing fresh concrete – Part 2: Slump test. • EN 12350‐6:1999, Testing fresh concrete – Part 6: Density. • EN  12390‐3:2001,  Testing  hardened  concrete  –  Part  3:  Compressive  strength  of  test 

specimens. • EN 12390‐7:2000 Testing hardened concrete – Part 7: Density of hardened concrete. • LNEC E393, Concrete. Determination of absorption of water through capillarity, 1993, LNEC. • LNEC E394, Concrete. Determination of absorption of water by immersion, 1993, LNEC. • LNEC  E397, Hardened  concrete. Determination of  the modulus of  elasticity of  concrete  in 

compression, 1993, LNEC. • LNEC E398, Hardened  concrete. Determination of  the  shrinkage and of  the  swelling, 1993, 

LNEC. • UNE 83‐318‐94, Concrete tests. Determination of the modulus of elasticity in compression.