Hållbar förbättring av kemisk beständighet och mikrostrukturstabilitet i cementbruk med återvunnen fin ballast behandlad med natriumsilikat–silikadamm

Varför det spelar roll att göra om gammal betong till ny

Över hela världen genererar rivna byggnader berg av krossad betong. Mycket av detta material hamnar på deponier, trots att det innehåller sand och sten som skulle kunna återanvändas i ny byggnation. Problemet är att de fina partiklar som återvinns från gammal betong ofta försvagar nytt bruk och gör det mer känsligt för hårda miljöer, särskilt där avlopp, industri eller salta jordar angriper konstruktioner. Denna studie undersöker en enkel behandling som kan förvandla dessa problematiska återvunna partiklar till tillförlitliga byggingredienser, vilket hjälper städer att bygga mer hållbart utan att kompromissa med beständigheten.

Från rivningsavfall till fint byggsand

När gammal betong krossas bildas återvunnen fin ballast—sandkorn i finfraktion som fortfarande är belagda med rester av åldrad cementpasta. Dessa korn suger åt sig mer vatten och innehåller många små porer och sprickor. Som ett resultat blir bruk gjort med dem ofta mer genomträngligt och mindre motståndskraftigt mot skador från syror och salter än bruk gjort med naturlig älvsand. Författarna ville undersöka om ett kort förblötläggningssteg med två allmänt tillgängliga material—natriumsilikat (flytande ”vattenglas”) och silikadamm (ett ultrafint mineralpulver)—kunde stärka det fästa cementlagret och förbättra prestandan hos återvunnen ballast i nya blandningar.

Ett enkelt bad som tätar porerna

Forskarna samlade bygg- och rivningsavfall, krossade det och separerade finfraktionen. De blötte sedan dessa återvunna finpartiklar i 24 timmar i vattenbaserade lösningar med olika halter natriumsilikat och silikadamm. Efter torkning ersatte de behandlade partiklarna all sand i standard cementbruk, som sedan gjöts i små kuber. Fem blandningar jämfördes: en med naturlig sand, en med obehandlade återvunna finfraktioner och tre med behandlade återvunna finfraktioner vid ökande kemiska doser. När bruket härdat nedsänktes kuberna under månader i starka lösningar av svavelsyra och magnesiumsulfat—förhållanden avsedda att efterlikna svåra avloppsmiljöer och sulfatrika jordar. Vid intervall mätte teamet viktförlust, hållfasthet, vattenupptagning och inre ljudbarhet med ultraljudspulser, och de undersökte den inre strukturen med avancerad bildteknik och spektroskopi.

Motståndskraft mot syra och salter

Obehandlade återvunna finfraktioner presterade sämst under både syra- och sulfatexponering. Deras bruk förlorade mest massa, drabbades av de kraftigaste styrkefallen, tog upp mest vatten och visade störst nedgång i ultraljudspulshastighet—tecken på omfattande sprickbildning och inre skador. Bruk med naturlig sand klarade sig bättre, men visade ändå synlig ytrosion och gradvis försvagning över tid. Däremot motstod bruk tillverkade med behandlade återvunna finfraktioner konsekvent skador mer effektivt. Blandningen som blötlagts i ett medelstarkt bad med 20 % natriumsilikat och 2 % silikadamm utmärkte sig: i syra förlorade den cirka 40 % mindre massa och behöll omkring 30 % mer styrka än den obehandlade återvunna blandningen, och i sulfatlösning begränsade den på liknande sätt viktförlust och styrkenedgång samtidigt som den upprätthöll högre ultraljudshastigheter.

Vad som förändras inne i materialet

Mikroskopiska och kemiska tester visade varför behandlingen fungerade. I obehandlade återvunna bruk trängde aggressiva lösningar in lätt, löste upp kalciumrika föreningar och bildade expanderande kristaller av gips och ettringit som nötte isär mikrostrukturen. Bilder visade porösa kontaktzoner runt de återvunna kornen och omfattande sprickbildning. Efter behandling var den fästa cementen runt varje korn märkbart tätare och mer tätt bunden till den nya pastan. Natriumsilikatlösningen hade trängt in i porerna och reagerat med kalcium för att bilda extra bindgel, medan silikadammet ytterligare förbrukat löst kalcium för att bygga ett mer kiselrikt, stabilt nätverk. Röntgen- och infraröda analyser bekräftade att skadliga biprodukter kraftigt reducerats och att huvudbindfasen förblev mer intakt, även efter lång exponering.

En praktisk väg till grönare, tuffare bruk

För en icke-specialist är huvudbudskapet att ett relativt enkelt, lågenergisk blötläggningssteg kan omvandla problematiska återvunna betongfinkorn till en högpresterande ingrediens för nytt bruk. Genom att täta porer och omforma kemin i den gamla cementbeläggningen gör det kombinerade natriumsilikat–silikadamm-badet det möjligt för 100 % återvunnen fin ballast att konkurrera med, och i vissa avseenden överträffa, naturlig sand under mycket hårda kemiska förhållanden. Denna metod erbjuder ett realistiskt sätt att återvinna mer rivningsavfall till hållbara byggmaterial, minska pressen på älvsandsresurser samtidigt som betongkonstruktioners livslängd i aggressiva miljöer förlängs.

Citering: Shaju, A.C., Nagarajan, P., Sudhakumar, J. et al. Sustainable enhancement of chemical durability and microstructural stability in cement mortar incorporating sodium silicate–silica fume treated recycled fine aggregate. Sci Rep 16, 9380 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40549-9

Nyckelord: återvunnet betong, cementbeständighet, hållbart byggande, ballastbehandling, syra- och sulfatangrepp