Construction and demolition waste fine fraction properties and utilization possibilities

Abstract

Construction sector uses around 40-50 % of the world’s raw materials, and around 35% of waste produced in the world are from constructions and demolitions. Fine fraction (<15 mm) is generated when construction and demolition waste (CDW) is processed at waste treatment plant. In Finland, an estimated 200 kilotons of fine fraction is generated annually, and it is currently mainly utilized in landfill structures. The goal set by EU is to utilize CDW at least 70% by weight annually otherwise as energy or fuel. By utilizing fine fraction as a raw material in products meets EU goal but it also supports the concept of waste hierarchy, circular economy, and sustainable use of materials.

Based on this study, four main material groups in fine fraction (5-15 mm) were aggregates (34 %), wood (21 %), plastics (18%), and glass (16 %). The share of organic and inorganic materials in fine fraction (0-15 mm) were 45 % and 55 %. Concrete test specimens were prepared from fine fraction as untreated, crushed, burned and screened into different particle size classes. Processing methods, crushing and combustion had positive impact on strength properties. On average, the higher the length to width ratio, the higher compressive strength value was gained with burned fine fraction. Theoretical and dry densities of fine fraction were increased as the organic material was removed, and as the compressive strength and particle size were increased. However, the use of fine fraction as a recycled aggregate in concrete products did not meet the strength properties gained with natural aggregates.

The use of recycled materials in products cannot cause harm for human health or environment. Based on EDS analysis, no hazardous elements, such as heavy metals, were found from fine fraction. Still, product and chemical regulations along environmental act must be followed once determining application for fine fraction.

Rakennusteollisuus käyttää vuosittain noin 40-50 % maailman raaka-aineista. Lisäksi rakennus- ja purkujätteen määrä on vuosittain noin 35 % maailmalla kaikista tuotetuista jätteistä. Alitetta (<15 mm) syntyy vuosittain noin 200 kilotonnia, kun rakennus- ja purkujätettä käsitellään jätteenkäsittelylaitoksissa. Tällä hetkellä alitetta käytetään lähinnä kaatopaikkojen rakennusmateriaalina. EU:n yhtenä tavoitteena on hyödyntää vuosittain rakennus- ja purkujätettä muutoin kuin energiana tai polttoaineena vähintään 70 painoprosenttia. Hyödyntämällä alite materiaalina tuotteissa auttaisi tämän tavoitteen saavuttamisessa, mutta tukisi myös jätehierarkian toteutumista, kiertotaloutta ja kestävää materiaalien käyttöä.

Tämän tutkimukset perusteella neljä suurinta materiaaliryhmää alitteessa (5-15 mm) olivat kiviainekset (34 %), puu (21 %), muovit (18 %) sekä lasi (16 %). Kun alitetta poltettiin, orgaanisen materiaalin osuus oli 45 % ja epäorgaanisen osuus oli 55 %. Käsittelemättömästä- , poltetusta- ja murskatusta alitteesta valmistettiin betonisia koekappaleita eri partikkelikokoluokissa. Käsittelymenetelmillä, murskauksella ja poltolla oli positiivinen vaikutus testikappaleiden lujuusominaisuuksiin. Yleisesti, mitä suurempi alitteen hiukkasten leveyden ja pituuden suhde oli, sitä korkeammat puristuslujuusarvot saavutettiin. Teoreettinen- ja kuivatiheys kasvoivat, kun orgaaninen materiaali poistettiin, sekä puristuslujuuden ja partikkelikoon kasvaessa. Alitteesta valmistetut testikappaleet eivät kuitenkaan yltäneet neitseellisestä kiviaineksesta valmistettujen betonitestikappaleiden puristuslujuustuloksiin.

Kierrätysmateriaalista valmistettu tuote ei saa aiheuttaa haittaa ihmisen terveydelle tai ympäristölle. EDS alkuaineanalyysin perusteella alitteesta ei löytynyt haitallisia aineita, kuten raskasmetalleja. Kuitenkin, kun alitetta tuotteistetaan, tuote-, kemikaali- ja ympäristölainsäädäntöjä tulee noudattaa.