Förbättrad frostbeständighet hos betong med återvunnet pulver genom kemiska tillsatser

Att förvandla byggavfall till vinterklar betong

Varje år genererar städer berg av krossad betong och tegel från rivningar och renoveringar. Stor del av detta rivningsmaterial behandlas som avfall, trots att det fortfarande innehåller värdefulla cementkomponenter. Samtidigt bryts vägar och byggnader i kalla regioner ner av upprepade frys–tö-cykler, vilket kostar miljarder i reparationer. Denna studie undersöker hur fint malet byggavfall, kallat återvunnet pulver, säkert kan återanvändas i ny betong samtidigt som den klarar hårda vintrar — och erbjuder en väg mot mer hållbar och beständig infrastruktur.

Från rivningsberg till återvunnet pulver

I stället för att skicka gammal betong och murverk till deponier kan ingenjörer krossa och mala materialet till ett fint återvunnet pulver som delvis ersätter ny cement i ny betong. Denna metod sparar naturresurser, minskar koldioxidutsläppen från cementproduktionen och hjälper till att hantera enorma avfallsmängder, särskilt i länder som Kina där byggavfallet överstiger två miljarder ton per år. Men det finns en hake: återvunnet pulver gör ofta betongen mer vattenkrävande, vilket ofta leder till sämre motstånd mot frysning och upptining. Den centrala frågan i denna forskning var om rätt kemiska tillsatser kan övervinna denna svaghet och frigöra den fulla potentialen hos betong med återvunnet pulver i kalla klimat.

Finjustering av den kemiska verktygslådan

Forskarna identifierade först en högpresterande vattenreducerande kemikalie, en polykarboxylat-superplastiserare, som fungerar särskilt väl med återvunnet pulver. Denna tillsats hjälper cementpartiklar att dispergera jämnt, vilket minskar det extra vatten som normalt krävs när återvunnet pulver används. Med detta som bas testade teamet tre ytterligare typer av tillsatser inriktade direkt på att förbättra frostbeständigheten: en kombinerad vattenreducerare och avisningsmedel (AR), en luftporbildande tillsats (AE) som medvetet skapar små bubblor, och ett oorganiskt saltbaserat avisningsmedel (AF). Betongprov med 30 % återvunnet pulver blandades med olika vatten-till-bindemedelsförhållanden, härdades och utsattes sedan för upp till 200 tuffa frys–tö-cykler medan deras styrka, ytskador och inre styvhet följdes upp.

Hur betongen uppförde sig i kylan

Alla tre förbättringsstrategier hjälpte betong med återvunnet pulver att bättre motstå frysskador jämfört med kontrollblandningen utan dessa tillsatser, men de gjorde det på olika sätt och i varierande grad. Den luftporbildande tillsatsen fungerade genom att skapa många små, välavståndna bubblor som agerade expansionsutrymmen och gav fruset vatten plats att expandera, vilket minskade ytavflagning och inre sprickbildning. Den vattenreducerande avisningsmedlet sänkte vattenbehovet och förfinade porstrukturen, vilket minskade massförlust och bevarade betongens styvhet under cykling. Stjärnan var dock 1 % avisningsmedel (AF). Det ökade inte bara tidig styrka genom att påskynda bildningen av bindande geler i betongen, utan bibehöll också den högsta relativa styvheten och de lägsta ytskäddarna efter 200 cykler, särskilt vid det lägre vatten-till-bindemedelsförhållandet.

En närmare titt inuti betongen

För att förstå varför avisningsmedlet fungerade så väl granskade teamet betongens inre med mikroskop och porosimetri. Bilder visade att betong utan speciella tillsatser innehöll många stora, ojämna porer och breda sprickor i gränszonen mellan ballast och bruk — idealiska vägar för skadlig inverkan från vatten och is. När AR, AE eller AF tillsattes blev denna svaga övergångszon tätare, med färre stora håligheter och mer tätt packade kristaller som band ihop strukturen. Detaljerade pore mätningar bekräftade att avisningsmedlet i synnerhet flyttade betongens inre porer mot mindre, mindre skadliga storlekar, vilket minskade andelen stora, skadekänsliga porer (över 200 nanometer) med 8,73 %. Trots att den totala porositeten ökade något var porernas form och storlek nu sådana att betongen blev avsevärt mer motståndskraftig mot frysning.

Varför detta är viktigt för grönare städer

För icke-specialister är slutsatsen tydlig: denna studie visar att betong med en betydande andel återvunnet pulver fortfarande kan vara tillräckligt tålig för kalla klimat om den kombineras med rätt kemi. En måttlig dos avisningsmedel — cirka 1 % av bindemedlet — förvandlade en sårbar, avfallsbaserad betong till ett hållbart material som klarar upprepade vinterfrysningar med mycket mindre sprickbildning och ytavlossning. Det betyder att städer tryggt kan omvandla rivningsavfall till nya vägar, broar och byggnader som håller längre i isiga förhållanden, vilket främjar både hållbarhet och beständighet utan att offra prestanda.

Citering: Yang, C., Zhou, W., Zhao, H. et al. Frost resistance improvement of recycled powder concrete by chemical admixtures. Sci Rep 16, 6087 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35840-8

Nyckelord: återvunnen betong, byggavfall, frys–tö hållbarhet, kemiska tillsatser, hållbar infrastruktur