Påverkan av flygaska och slagg på den mikroskopiska gränsytan i återvunnet betong och dess brottutveckling

Att förvandla byggavfall till nya konstruktioner

När städer växer och gamla byggnader rivs byggs stora högar av krossad betong och industriellt avfall som flygaska och slagg upp. Samtidigt är produktionen av ny betong en av de största källorna till koldioxidutsläpp inom byggsektorn. Denna studie ställer en enkel men brådskande fråga: kan vi på ett säkert sätt förvandla detta avfall till stark och hållbar betong, och vad händer inne i materialet när vi gör det? Genom att titta djupt i de små kontaktzonerna mellan gammal och ny betong och simulera hur sprickor växer visar författarna hur man kan blanda återvunna ingredienser utan att offra prestanda.

Varför den dolda gränsen spelar roll

Betong är inte ett enda massivt stycke; den liknar snarare en stenig fruktkaka, med stenar och sand som hålls ihop av härdad pasta. De svagaste punkterna är ofta de tunna skikten där sten och pasta möts, så kallade gränszoner. I återvunnen betong blir dessa zoner mer komplicerade eftersom bitar av gammal betong redan bär sina egna tunna lager av åldrad pasta. När ny pasta hälls runt dem uppstår flera gränser. Studien fokuserar på hur dessa gränsskikt beter sig när naturlig ballast delvis ersätts med bitar av gammal betong, och när flygaska och slagg — pulver som blir kvar från koleldning respektive stålproduktion — blandas i pastan.

Test av olika recept för hållfasthet

Forskarna skapade 24 olika betongblandningar genom att variera tre ingredienser: andelen återvunna bitar, mängden flygaska och mängden slagg. Alla blandningar använde samma mängd vatten och sand så att eventuella förändringar i prestanda kunde hänföras till dessa ersättningar. De mätte hur mycket tryck betongkubbarna klarade innan de krossades och hur lätt cylindrarna splittrades vid dragprovning. Sammantaget tenderade fler återvunna bitar att minska hållfastheten jämfört med vanlig betong. Tillsats av flygaska eller slagg minskade också hållfastheten i många fall, särskilt vid högre doser, eftersom de fördröjde hur fullständigt pastan härdade. Det fanns dock lyckade kombinationer: när 40 % av ballastens volym var återvunnen och 10 % var slagg var styrkeförlusten bara omkring 5 %, vilket förde materialet mycket nära standardbetong.

Att titta in i betongen

För att förstå varför vissa blandningar fungerade bättre polerade teamet tunna skivor av betongen och undersökte dem i mikroskop. Bilderna visade att återvunnen betong har fler porer och en grövre gränsyta mellan ballast och pasta än vanlig betong. Runt de återvunna bitarna var de tunna gränsskikten lösare och mer porösa, med oreakterade partiklar av cement, flygaska och slagg. Denna öppna struktur försvagar bindningen som håller materialet samman. Vanlig betong gjord med färsk ballast visade en tätare, mer kontinuerlig gränsyta och mindre porer, vilket förklarar dess bättre hållfasthet. Studien fann att både flygaska och slagg ökade porositeten i dessa zoner, men flygaskan gjorde det i högre grad än slaggen.

Att iaktta sprickbildning och -tillväxt

Bortom stillbilder ville författarna se hur återvunnen betong faktiskt brister. De byggde en datormodell som behandlar de tunna gränszonen som sköra lager som kan öppnas och separeras under belastning. När de simulerade tryck på en betongkub uppträdde först små sprickor i de yttre gränszonerna där porerna var störst. När belastningen ökade spred sig dessa sprickor inåt och förenades, till slut skärande igenom provet och orsakar brott. Fotografier av verkligt krossade prov stämde överens med modellen: blandningar med mycket återvunna bitar och flygaska utvecklade breda, slingrande sprickor, medan blandningar med måttlig återvunnen andel och slagg visade smalare, rakare sprickor, vilket antyder en tätare intern struktur.

Vad detta betyder för grönare byggnader

För icke-specialister är huvudbudskapet lugnande: med ett omsorgsfullt val av ingredienser kan betong gjord av rivningsmaterial och industriella biprodukter komma mycket nära hållfastheten hos konventionellt material. Arbetet visar att den svagaste länken är det tunna gränsskiktet runt de återvunna bitarna, särskilt när för mycket flygaska eller slagg tillsätts. Genom att hålla andelen återvunnen ballast på måttliga nivåer och använda måttlig mängd slagg kan ingenjörer begränsa skador i dessa zoner och bromsa spricktillväxten. Detta pekar mot praktiska recept för betong med lägre koldioxidavtryck som säkert "äter" avfall utan att bli sprött, och erbjuder en väg mot stadigare, mer hållbara byggnader och vägar.

Citering: Chen, C., Wei, Z., Zhang, J. et al. The impact of fly ash and slag on the microscopic interface of recycled concrete and its destruction evolution. Sci Rep 16, 9565 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-025-17035-9

Nyckelord: återvunnen betong, flygaska, slagg, gränsytans övergångszon, hållbart byggande