Performance assessment of ultra high durability concrete produced from recycled ultra high durability concrete

The main purpose of the dissertation is to assess the performance of Recycled Ultra High Durability Concrete (R-UHDC) which contains different percentages of recycled aggregate obtained from the crushing of Ultra High Durability Concrete (UHDC) samples. In addition to the reference UHDC, three other different mixes have been prepared by varying the recycled aggregate treatment and the replacement ratio: 50%, 50% carbonate and 100%. The work has been performance in the framework of the activities of the H2020 ReSHEALience project (Rethinking coastal defence and green-energy Service infrastructures through enHancEd-durAbiLity high-performance cement-based materials), one of whose main goals is to formulate the concept and experimentally validate the performance of Ultra High Durability Concrete for structures and infrastructures with a high durability in the cracked state under extremely aggressive exposure conditions. As a matter of fact, aspect of sustainability is becoming increasingly important and in the field of materials technology, this concept being inextricably linked to that of durability and recycling. In this scenario the possibility of recycling the specific UHDC mix, produced and validated for the aforementioned pilot applications, will be investigated, employing it as a partial or even total replacement of natural sand in the production of a new UHDC. In a cradle to cradle approach to the design and construction of any engineering feat and with the purpose of regenerating the same parent UHDC, the persistence has been verified of the required level of mechanical (compressive, flexural and fracture strength and toughness) and durability performance (porosity, chloride penetration resistance, surface resistivity, Ultrasonic Pulse Velocity and water capillary uptake). Besides assessing the properties of the recycled aggregates, the influence has been also investigated of the aging (accelerated carbonation) of the parent UHDC on the properties of the composite obtained employing it as a partial replacement of the natural sand. This work has also to be intended as the first step towards the sustainability assessment of the recycled-UHDC in new and retrofitting structural applications, which will address the possibility of using the recycled parent material also as a partial replacement of cement due to the presence of un-hydrated binder fraction (concrete with low W/B ratio) and the peculiar characteristics of its old Interfacial Transition Zones (ITZs).

Lo scopo principale del lavoro di tesi è quello di valutare le prestazioni di calcestruzzo riciclato ad altissima durabilità (Recycled Ultra High Durability Concrete, R-UHDC) che contiene diverse percentuali di aggregato riciclato ottenuto dalla frantumazione di campioni di calcestruzzo ad altissima durabilità (Ultra High Durability Concrete, UHDC). Oltre all'UHDC di riferimento, sono state preparate altre tre diverse miscele, variando il trattamento dell'aggregato riciclato e la percentuale di sostituzione: 50%, 50% carbonatato e 100%. Il lavoro è stato svolto nell'ambito delle attività del progetto di ricerca H2020 ReSHEALience (Rethinking coastal defence and green-energy Service infrastructures through enHancEd-durAbiLity high performance cement-based materials), di cui uno degli obiettivi principali è quello di formulare il concetto di UHDC e convalidare sperimentalmente le prestazioni dell'Ultra High Durability Concrete in strutture e infrastrutture ad alta durabilità allo stato fessurato e sottoposte a condizioni di esposizione estremamente aggressive. Infatti, l'aspetto della sostenibilità sta diventando sempre più importante, e nel campo della tecnologia dei materiali questo concetto è indissolubilmente legato a quello della durabilità e del riciclo. In tale scenario verrà studiata la possibilità di riciclare la specifica miscela di UHDC, prodotta e validata per i sopra citati progetti pilota, sostituendola parzialmente o totalmente alla sabbia naturale nella produzione di un nuovo UHDC. In un approccio “cradle to cradle” alla progettazione e alla costruzione di qualsiasi opera ingegneristica e con lo scopo di rigenerare lo stesso UHDC di origine, è stata verificata la persistenza del livello richiesto di prestazioni meccaniche (resistenza alla compressione, alla flessione e alla frattura e tenacità) e di durabilità (porosità, resistenza alla penetrazione dei cloruri, resistività superficiale, Ultrasonic Pulse Velocity e assorbimento d'acqua capillare). Oltre a valutare le proprietà degli aggregati riciclati, è stata anche studiata l'influenza dell'invecchiamento (carbonatazione accelerata) dell'UHDC originario sulle proprietà del composito ottenuto, sostituendolo parzialmente alla sabbia naturale. Questo lavoro deve essere inteso anche come il primo passo verso la valutazione della sostenibilità dell'UHDC riciclato in applicazioni strutturali nuove e di adeguamento strutturale, che riguarderà la possibilità di utilizzare il materiale riciclato di origine anche come sostituzione parziale del cemento in virtù della presenza di una porzione di legante non idratato (calcestruzzo con basso rapporto acqua/legante) e le caratteristiche peculiari delle sue vecchie zone di transizione (Interfacial Transition Zones - ITZ).