Influence of granulated rubber from waste tires on ASR expansion, microstructure, and mechanical properties of mortars

Daria Jóźwiak-Niedźwiedzka; Dominik Nowicki; Piotr Denis; Magdalena Osial; Alessandro P. Fantilli

doi:10.7409/rabdim.025.018

Opublikowane: 2025-09-22

Tom 24 Nr 3 (2025)

Wpływ granulatu gumowego z odpadów opon na ekspansję spowodowaną reakcją alkalia-krzemionka, mikrostrukturę oraz właściwości mechaniczne zapraw cementowych

Daria Jóźwiak-Niedźwiedzka

, Dominik Nowicki

, Piotr Denis

, Magdalena Osial

, Alessandro P. Fantilli

Dział: Artykuły

https://doi.org/10.7409/rabdim.025.018

Abstrakt

W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczących wpływu częściowego zastąpienia frakcji piasku w mieszankach zapraw cementowych recyklingowym kruszywem gumowym na potencjał występowania reakcji alkalia–krzemionka (ASR). ASR jest istotnym problemem trwałości w kompozytach o matrycy cementowej, ponieważ może prowadzić do znacznego pęcznienia i spękań w tych materiałach. Analizowano również wpływ kruszywa gumowego na właściwości mechaniczne zapraw, w szczególności na wytrzymałość na ściskanie i zginanie, oraz na mikrostrukturę zapraw. Dodatkowo przeanalizowano oddziaływanie NaOH na właściwości kruszywa gumowego. Zaprawy referencyjne przygotowano z użyciem umiarkowanie reaktywnego piasku (R1) i wysoko reaktywnego piasku (R3), natomiast w mieszankach eksperymentalnych zastosowano kruszywo gumowe jako zamiennik objętościowy określonej frakcji piasku w ilościach 15% i 30%. Badania rozszerzalności związanej z ASR przeprowadzono zgodnie z wytycznymi RILEM AAR-2. Uzyskane wyniki wykazały, że częściowe zastąpienie piasku kruszywem gumowym skutecznie ograniczało ekspansję wywołaną ASR, prawdopodobnie dzięki zdolności gumy do pochłaniania naprężeń oraz ograniczania migracji wilgoci, co w konsekwencji łagodziło reakcję. Zastosowanie kruszywa gumowego prowadziło jednak do obniżenia wytrzymałości na ściskanie i na zginanie, co jest typowym efektem wprowadzania do mieszanek materiałów elastycznych, takich jak guma. Wyniki badań podkreślają potencjał recyklingowego kruszywa gumowego jako zrównoważonego dodatku do materiałów cementowych, umożliwiającego kontrolowanie reakcji alkalia–krzemionka, zwłaszcza w konstrukcjach narażonych na agresywne warunki środowiskowe. Dodatkowo wykorzystanie tego rodzaju kruszywa wpisuje się w założenia gospodarki o obiegu zamkniętym, poprzez zagospodarowanie odpadów gumowych i jednoczesne przynoszenie korzyści środowiskowych oraz użytkowych.

Słowa kluczowe:

ASR, struktura wewnętrzna, kruszywo gumowe, trwałość, zużyte opony

Inne teksty tego samego autora

Daria Jóźwiak-Niedźwiedzka, Zapobieganie łuszczeniu powierzchni betonowych przy użyciu nawilżonego kruszywa lekkiego. Cz. II – Badania doświadczalne , Roads and Bridges – Drogi i Mosty: Tom 5 Nr 3 (2006)
Daria Jóźwiak-Niedźwiedzka, Zapobieganie łuszczeniu powierzchni betonowych przy użyciu nawilżonego kruszywa lekkiego. Cz. I – Stan wiedzy , Roads and Bridges – Drogi i Mosty: Tom 5 Nr 2 (2006)
Daria Jóźwiak-Niedźwiedzka, Karolina Gibas, Michał A. Glinicki, Rozpoznanie petrograficzne minerałów reaktywnych w kruszywach krajowych i ich klasyfikacja zgodnie z zasadami RILEM i ASTM , Roads and Bridges – Drogi i Mosty: Tom 16 Nr 3 (2017)
Daria Jóźwiak-Niedźwiedzka, Aneta Antolik, Kinga Dziedzic, Michał A. Glinicki, Karolina Gibas, Weryfikacja odporności wybranych kruszyw ze skał magmowych na reakcję z alkaliami , Roads and Bridges – Drogi i Mosty: Tom 18 Nr 1 (2019)
Michał A. Glinicki, Daria Jóźwiak-Niedźwiedzka, Aneta Antolik, Kinga Dziedzic, Karolina Gibas, Podatność wybranych kruszyw ze skał osadowych na reakcję alkalia-kruszywo , Roads and Bridges – Drogi i Mosty: Tom 18 Nr 1 (2019)
Andrea Gorino, Alessandro P. Fantilli, Bernardino Chiaia, Optymalizacja zbrojenia hybrydowego w prefabrykowanych obudowach tuneli przy wykorzystaniu analizy numerycznej , Roads and Bridges – Drogi i Mosty: Tom 16 Nr 4 (2017)
Daria Jóźwiak-Niedźwiedzka, Maciej Sobczak, Karolina Gibas, Karbonatyzacja betonów z dodatkiem popiołów lotnych wapiennych , Roads and Bridges – Drogi i Mosty: Tom 12 Nr 2 (2013)
Michał A. Glinicki, Daria Jóźwiak-Niedźwiedzka, Aneta Antolik, Kinga Dziedzic, Mariusz Dąbrowski, Karolina Bogusz, Paweł Lisowski, Analiza przyczyn uszkodzeń jednowarstwowej betonowej nawierzchni drogi ekspresowej , Roads and Bridges – Drogi i Mosty: Tom 21 Nr 3 (2022)
Daria Jóźwiak-Niedźwiedzka, Karolina Gibas, Michał A. Glinicki, Grzegorz Nowowiejski, Wpływ dodatku popiołu lotnego wapiennego na przepuszczalność betonów w odniesieniu do mediów agresywnych , Roads and Bridges – Drogi i Mosty: Tom 10 Nr 3 (2011)
Daria Jóźwiak-Niedźwiedzka, Aneta Antolik, Kinga Dziedzic, Paweł Lisowski, Potencjalna reaktywność alkaliczna piasku z krajowych złóż , Roads and Bridges – Drogi i Mosty: Tom 21 Nr 3 (2022)

1 2 > >>

Pobierz pliki

PDF

Zasady cytowania

Jóźwiak-Niedźwiedzka, D., Nowicki, D., Denis, P., Osial, M., & Fantilli, A. P. (2025). Wpływ granulatu gumowego z odpadów opon na ekspansję spowodowaną reakcją alkalia-krzemionka, mikrostrukturę oraz właściwości mechaniczne zapraw cementowych. Roads and Bridges – Drogi I Mosty, 24(3), 319–330. https://doi.org/10.7409/rabdim.025.018

Cited by / Share

Licencja

Utwór dostępny jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 4.0 Międzynarodowe.

Bibliografia

Salehi S., Arashpour M., Kodikara J., Guppy R.: Sustainable pavement construction: A systematic literature review of environmental and economic analysis of recycled materials. Journal of Cleaner Production, 313, 2021, Article ID: 127936, DOI: 10.1016/j.jclepro.2021.127936 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.127936
Google Scholar

Liu N., Wang Y., Bai Q., Liu Y., Wang (Slade) P., Xue S., Yu Q., Li Q.: Road life-cycle carbon dioxide emissions and emission reduction technologies: A review. Journal of Traffic and Transportation Engineering (English Edition), 9, 4, 2022, 532-555, DOI: 10.1016/j.jtte.2022.06.001 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jtte.2022.06.001
Google Scholar

Circular Economy Action Plan, https://environment.ec.europa.eu/strategy/circular-economy-action-plan_en, available: 15.09.2025
Google Scholar

Jóźwiak-Niedźwiedzka D., Antolik A., Dziedzic K., Lisowski P.: Potential alkaline reactivity of sands from domestic deposits. Roads and Bridges – Drogi i Mosty, 21, 3, 2022, 253-271, DOI: 10.7409/rabdim.022.015 DOI: https://doi.org/10.7409/rabdim.022.015
Google Scholar

Shu X., Huang B.: Recycling of waste tire rubber in asphalt and portland cement concrete: an overview. Construction and Building Materials, 67, Part B, 2014, 217-224, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2013.11.027 DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.11.027
Google Scholar

Thomas B.S., Gupta R.C.: A comprehensive review on the applications of waste tire rubber in cement concrete. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 54, 2016, 1323-1333, DOI: 10.1016/j.rser.2015.10.092 DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.10.092
Google Scholar

Muñoz-Sánchez B., Arévalo-Caballero M.J., Pacheco-Menor M.C.: Influence of acetic acid and calcium hydroxide treatments of rubber waste on the properties of rubberized mortars. Materials and Structures, 50, 75, 2017, 1-16, DOI: 10.1617/s11527-016-0912-7 DOI: https://doi.org/10.1617/s11527-016-0912-7
Google Scholar

Afshinnia K., Poursaee A.: The influence of waste crumb rubber in reducing the alkali-silica reaction in mortar bars. Journal of Building Engineering, 4, 2015, 231-236, DOI: 10.1016/j.jobe.2015.10.002. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jobe.2015.10.002
Google Scholar

Huang W., Huang X., Xing Q., Zhou Z.: Strength reduction factor of crumb rubber as fine aggregate replacement in concrete. Journal of Building Engineering, 32, 2020, Article ID: 101346, DOI: 10.1016/j.jobe.2020.101346 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jobe.2020.101346
Google Scholar

Turatsinze A., Bonnet S., Granju J.L.: Potential of rubber aggregates to modify properties of cement based-mortars: Improvement in cracking shrinkage resistance. Construction and Building Materials, 21, 1, 2007, 176-181, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2005.06.036 DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2005.06.036
Google Scholar

Ling T.C., Nor H.M., Lim S.K.: Using recycled waste tyres in concrete paving blocks. Proceedings of the Institution of Civil Engineers – Waste and Resource Management, 163, 1, 2010, 37-45, DOI: 10.1680/warm.2010.163.1.37 DOI: https://doi.org/10.1680/warm.2010.163.1.37
Google Scholar

Najim K.B., Hall M.R.: Mechanical and dynamic properties of self-compacting crumb rubber modified concrete. Construction and Building Materials, 27, 1, 2012, 521-530, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2011.07.013 DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2011.07.013
Google Scholar

Siddique R., Naik T.R.: Properties of concrete containing scrap-tire rubber – an overview. Waste Management, 24, 6, 2004, 563-569, DOI: 10.1016/j.wasman.2004.01.006 DOI: https://doi.org/10.1016/j.wasman.2004.01.006
Google Scholar

Gesoğlu M., Güneyisi E.: Permeability properties of self-compacting rubberized concretes. Construction and Building Materials, 25, 8, 2011, 3319-3326, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2011.03.021 DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2011.03.021
Google Scholar

Flores Medina D., Hernández Martínez M.C., Flores Medina N., Hernández-Olivares F.: Durability of rubberized concrete with recycled steel fibers from tyre recycling in aggresive enviroments. Construction and Building Materials, 400, 2023, Article ID: 132619, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2023.132619 DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.132619
Google Scholar

Abbas S., Ahmed A., Waheed A., Abbas W., Yousaf M., Shaukat S., Alabduljabbar H., Awad Y.A.: Recycled untreated rubber waste for controlling the alkali-silica reaction in concrete. Materials, 15, 10, 2022, Article ID: 3584, DOI: 10.3390/ma15103584 DOI: https://doi.org/10.3390/ma15103584
Google Scholar

Jóźwiak-Niedźwiedzka D., Antolik A.: Assessment of highway pavement concrete suffering from alkali-silica reaction: case study. Materiales de Construcción, 72, 348, 2022, Article ID: e299, DOI: 10.3989/mc.2022.296922 DOI: https://doi.org/10.3989/mc.2022.296922
Google Scholar

Wang J., Guo Z., Yuan Q., Zhang P., Fang H.: Effects of ages on the ITZ microstructure of crumb rubber concrete. Construction and Building Materials, 254, 2020, Article ID: 119329, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.119329 DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.119329
Google Scholar

AASHTO R 80-17 Standard practice for determining the reactivity of concrete aggregates and selecting appropriate measures for preventing deleterious expansion in new concrete construction, Washington 2018, https://img.antpedia.com/standard/files/pdfs_ora/20230616/AASHTO/AASHTO %20R%2080-17.pdf, available: 15.09.2025
Google Scholar

RILEM Recommended Test Method: AAR-2 – Detection of Potential Alkali-Reactivity – Accelerated Mortar-Bar Test Method for Aggregates. In: RILEM Recommendations for the Prevention of Damage by Alkali-Aggregate Reactions in New Concrete Structures. Eds. Nixon P., Sims I., 2016, 61-77 DOI: https://doi.org/10.1007/978-94-017-7252-5_4
Google Scholar

PN-EN 196-1:2016 Methods of Testing Cement – Determination of Strength
Google Scholar

ul Haq Z., Ren T., Yue X., Formela K., Rodrigue D., Colom Fajula X., McNally T., Dawei D., Zhang Y., Wang S.: Progress in devulcanization of waste tire rubber: Upcycling towards a circular economy. Express Polymer Letters, 19, 3, 2025, 258-293, DOI: 10.3144/expresspolymlett.2025.20 DOI: https://doi.org/10.3144/expresspolymlett.2025.20
Google Scholar

Sienkiewicz M., Janik H., Borzędowska-Labuda K., KucińskaLipka J.: Environmentally friendly polymer-rubber composites obtained from waste tyres: A review. Journal of Cleaner Production, 147, 2017, 560-571, DOI: 10.1016/j.jclepro.2017.01.121 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.01.121
Google Scholar

Smith B.C.: The infrared spectra of polymers III: hydrocarbon polymers. Spectroscopy, 36, 11, 2021, 22-25, DOI: 10.56530/spectroscopy.mh7872q7 DOI: https://doi.org/10.56530/spectroscopy.mh7872q7
Google Scholar

Ma Q., Dutta S., Wu K.C.W., Kimura T.: Analytical understanding of the materials design with well‐described shrinkages on multiscale. Chemistry – A European Journal, 24, 2018, 6886-6904, DOI: 10.1002/chem.201704198 DOI: https://doi.org/10.1002/chem.201704198
Google Scholar

Eldin N.N., Senouci A.B.: Rubber‐tire particles as concrete aggregate. Journal of Materials in Civil Engineering, 5, 4, 1993, 478-496, DOI: 10.1061/(ASCE)0899-1561(1993)5:4(478) DOI: https://doi.org/10.1061/(ASCE)0899-1561(1993)5:4(478)
Google Scholar

Khatib Z.K., Bayomy F.M.: Rubberized portland cement concrete. Journal of Materials in Civil Engineering, 11, 3, 1999, 206-213, DOI: 10.1061/(ASCE)0899-1561(1999)11:3(206) DOI: https://doi.org/10.1061/(ASCE)0899-1561(1999)11:3(206)
Google Scholar

Segre N., Joekes I.: Use of tire rubber particles as addition to cement paste. Cement and Concrete Research, 30, 9, 2000, 1421-1425, DOI: 10.1016/S0008-8846(00)00373-2 DOI: https://doi.org/10.1016/S0008-8846(00)00373-2
Google Scholar

Youssf O., ElGawady M.A., Mills J.E., Ma X.: An experimental investigation of crumb rubber concrete confined by fibre reinforced polymer tubes. Construction and Building Materials, 53, 2014, 522-532, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2013.12.007 DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.12.007
Google Scholar

Daria Jóźwiak-Niedźwiedzka

djozwiak@ippt.pan.pl
https://orcid.org/0000-0003-3681-0817

Afiliacja:

Instytut Podstawowych Problemów Techniki Polskiej Akademii Nauk, ul. Pawińskiego 5b, 02-106 Warszawa Polska

Dominik Nowicki

https://orcid.org/0009-0009-7159-7880

Afiliacja:

Instytut Podstawowych Problemów Techniki Polskiej Akademii Nauk, ul. Pawińskiego 5b, 02-106 Warszawa Polska

Piotr Denis

https://orcid.org/0000-0002-1105-3381

Afiliacja:

Instytut Podstawowych Problemów Techniki Polskiej Akademii Nauk, ul. Pawińskiego 5b, 02-106 Warszawa Polska

Magdalena Osial

https://orcid.org/0000-0003-3076-3415

Afiliacja:

Instytut Podstawowych Problemów Techniki Polskiej Akademii Nauk, ul. Pawińskiego 5b, 02-106 Warszawa Polska

Alessandro P. Fantilli

https://orcid.org/0000-0003-0383-7191

Afiliacja:

Politecnico di Torino, Department of Structural, Building and Geotechnical Engineering, Corso Duca degli Abruzzi 24, 10129 Torino Włochy

Wpływ granulatu gumowego z odpadów opon na ekspansję spowodowaną reakcją alkalia-krzemionka, mikrostrukturę oraz właściwości mechaniczne zapraw cementowych

Abstrakt

Słowa kluczowe:

Inne teksty tego samego autora

Pobrania

Daria Jóźwiak-Niedźwiedzka

Dominik Nowicki

Piotr Denis

Magdalena Osial

Alessandro P. Fantilli