Composition and properties of concrete with partial replacement of cement with eggshell powder
DOI:
https://doi.org/10.24866/2227-6858/2025-3/106-117Keywords:
concrete, eggshell powder, compressive strength, modifying additive, cementAbstract
The use of various types of waste in the construction industry for the production of new types of environmentally friendly and cost-effective building materials is currently a relevant and popular topic. The purpose of this study is to develop a method for obtaining a modifying additive based on eggshells and to select the optimal formulation for concrete modified with such an additive. The production of a modifying additive based on eggshells included the stages of shell cleaning, drying, heat treatment and mechanical grin-ding. A total of 5 experimental concrete compositions were produced with a portion of cement replaced with eggshell powder from 0 to 20% in 5% increments. The properties of the concrete mixture and concrete were studied. Based on the results of experimental studies, it was found that the optimal level of replacement of a portion of the cement is 10% and provides an increase in compressive strength of up to 8.9% and a decrease in water absorption of up to 10.3%. The results obtained during the experiment prove the effectiveness and possibility of practical application of a modifying additive based on eggshell powder in concrete composite technology.
References
1. Гранева А.В., Лушин К.И., Пуляев И.С., Кудрявцева В.Д. Экономика замкнутого цикла при переработке отходов из бетона и железобетона // Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал. 2024. Т. 16, № 1. С. 50–58. DOI: https://doi.org/10.15828/2075-8545-2024-16-1-50-58.
2. Плотникова С.В. Оценка выбросов СО2 традиционными и инновационными ограждающими стеновыми конструкциями в течение их жизненного цикла // Биосферная совместимость: человек, регион, технологии. 2024. № 1(45). С. 83–97. DOI: https://doi.org/10.21869/2311-1518-2024-45-1-83-97.
3. Халюшев А.К., Щербань Е.М., Стельмах С.А., Нажуев М.П., Семенихина А.А., Воробьёв Г.А. Твердение цементных паст на основе поверхностно-модифицированных дисперсных минеральных компонентов // Вестник евразийской науки. 2020. Т. 12, № 2. URL: https://esj.today/PDF/28SAVN220.pdf
4. Алипур М., Окольникова Г.Э. Перспективы применения высокопрочного бетона с использованием сельскохозяйственных отходов // Системные технологии. 2023. № 2(47). С. 146–154. DOI: https://doi.org/10.55287/22275398_2023_2_146.
5. Джусупова М.А., Талантбек К.А. Исследование структуры золы из рисовой шелухи и ее влияние на прочностные свойства мелкозернистого бетона // Известия Кыргызского государственного технического университета им. И. Раззакова. 2024. № 2(70). С. 527–531. DOI: https://doi.org/10.56634/16948335.2024.2.527-531.
6. Алипур М., Окольникова Г.Э. Морозостойкость модифицированного высокопрочного бетона на основе промышленных и аграрных отходов // Инновации и инвестиции. 2024. № 6. С. 554–558.
7. Алипур М., Окольникова Г.Э. Влияние купершлака и золы рисовой шелухи на прочность железобетонных балок по нормальному сечению // Экономика строительства. 2024. № 6. С. 231–236.
8. Стельмах С.А., Щербань Е.М., Паскачев А.Б., Ржевская Т.Г., Маилян Л.Д., Развеева И.Ф., Погребняк А.А. Опыт применения сельскохозяйственных отходов в бетонах для экологичных конструкций, зданий и сооружений // Цемент и его применение. 2023. № 5. С. 52–54.
9. Кеневеи Э., Содомин М. Получение лёгких бетонов (арболитов) с использованием вторичного сырья на основе хлопчатника, конопли, рисовой шелухи // Экономика строительства. 2024. № 4. С. 327–333.
10. Бакатович А.А, Чжан И., Гаспар Ф. Изоляционные композиты на основе смеси рисовой лузги и соломы // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия F. Строительство. Прикладные науки. 2022. № 14. С. 2–9. DOI: https://doi.org/10.52928/2070-1683-2022-32-14-2-9
11. Сяньпэн В., Леонович С.Н. Экспериментальное исследование прочности переработанного бетона с 2 % кокосового волокна // Вестник Донбасской национальной академии строительства и архитектуры. 2022. № 3(155). С. 84–93.
12. de Freitas J.J.G., Vieira C.M.F., Natalli J.F., Lavander H.D., de Azevedo A.R.G., Marvila M.T. Cleaner production of cementitious materials containing bioaggregates based on mussel shells: A review // Sustainability [Internet]. 2024. Vol. 16. P. 5577. DOI: https://doi.org/10.3390/su16135577
13. Zhu Y., Chen D., Yu X., Liu R., Liao Y. Properties of cementitious materials utilizing seashells as aggregate or cement: prospects and challenges // Materials [Internet]. 2024. Vol. 17. P. 1222. DOI: https://doi.org/10.3390/ma17051222
14. El Mendili Y., Benzaama M.-H. Investigation of mechanical and thermal performance of concrete with scallop shells as partial cement replacement: alternative binder and life cycle assessment // Civ. Eng. 2022, Vol. 3, № 3. P. 760–778. DOI: https://doi.org/10.3390/civileng3030044
15. Kim M.O., Lee M.K. Strength and microstructural changes in cementitious composites containing waste oyster shell powder // Buildings [Internet]. 2023. Vol. 13, № 12. P. 3078. DOI: https://doi.org/10.3390/buildings13123078
16. Stel’makh S.A., Shcherban’ E.M., Beskopylny A.N., Mailyan L.R., Meskhi B., Beskopylny N., Dotsenko N., Kotenko M. Nanomodified concrete with enhanced characteristics based on river snail shell powder // Applied Sciences [Internet]. 2022. Vol. 12, № 15. P. 7839. DOI: https://doi.org/10.3390/app12157839
17. Левицкая К.М., Кикалишвили Д.Г., Чуриков А.С. Применение яичной скорлупы в строительном материаловедении // Образование. Наука. Производство: Сборник докладов XIV Международного молодёжного форума. Белгород: Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. 2022. С. 47–52.
18. Потапов И.И., Захарова М.М. Обзор современных технологий утилизации отходов. Опыт зарубежных стран // Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. 2023. № 6. С. 142–173. DOI: https://doi.org/10.36535/0235-5019-2023-06-9
19. Othman R., Chong B.W., Jaya R.P., Mohd Hasan M.R., Abdullah M.M.A.B., Wan Ibrahim M.H. Evaluation on the rheological and mechanical properties of concrete incorporating eggshell with tire powder // J. Mater. Res. Tech. 2021. Vol. 14. P. 439–451. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.06.078
20. Белякова Е.А., Москвин Р.Н., Юрова В.С. Природа минеральных наполнителей и подвижность бетонной смеси // Региональная архитектура и строительство. 2021. № 4(49). С. 30–35. DOI: https://doi.org/10.54734/20722958_2021_4_36
21. Nandhini K., Karthikeyan J. Effective utilization of waste eggshell powder in cement mortar // Constr. Mater. Today: Proc. 2021. [In Press]. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.11.328
22. Al Abri S.A.S., Rollakanti C.R., Poloju K.K.; Joe A. Experimental study on mechanical properties of concrete by partial replacement of cement with eggshell powder for sustainable // Constr. Mater. Today: Proc. 2022. [In Press]. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.04.708
23. Тараканов О.В., Иващенко Ю.Г., Ерофеева И.В. Влияние карбонатных минеральных добавок на формирование микроструктуры и прочность минеральных вяжущих веществ // Региональная архитектура и строительство. 2024. № 1(58). С. 47–58. DOI: https://doi.org/10.54734/20722958_2024_1_47
24. Шошин Е.А., Бабаджанян А.А., Гливенко И.А., Ковалев Д.А. Влияние длительности механохимического синтеза на структурно-морфологические характеристики силикат-кальциевой дисперсии // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2024. № 1. С. 67–77. DOI: https://doi.org/10.34031/2071-7318-2023-9-1-67-77
25. Крамар Л.Я., Мордовцева М.В., Шулдяков К.В. Влияние известняка в цементе на структуру и модуль упругости тяжёлого бетона // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2024. Т. 24, № 1. С. 40–49. DOI: https://doi.org/10.14529/build240106
26. Баженов Ю.М., Федюк Р.С., Лесовик В.С. Обзор современных высокоэффективных бетонов // Наукоёмкие технологии и инновации. Электронный сборник докладов Международной научно-практической конференции, посвящённой 65-летию БГТУ им. В.Г. Шухова. 2019. С. 45–49.
27. Pankov P., Bespolitov D., Shavanov N., Konovalova N., Ushkova M., Karabtsov A., Tarasenko I., Petukhov V., Panarin I., Zayakhanov M., Bituev A. Structural forming of soil composites using as a pavement subgrade strengthening // Case Studies in Construction Materials. 2024. Vol. 20. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e02847
28. Алексейко Л.Н., Таскин А.В. Экономическая перспектива переработки золошлаковых отходов пылеугольных электрических станций Дальневосточного региона // Вестник Дальневосточного государственного технического университета. 2010. № 3 (5). С. 61–80.
29. Shcherban’ E.M., Stel’makh S.A., Beskopylny A.N., Mailyan L.R., Meskhi B., Varavka V., Bes-kopylny N., El’shaeva D. Enhanced eco-friendly concrete nano-change with eggshell powder // Appl. Sci. 2022. Vol.12. DOI: https://doi.org/10.3390/app12136606
30. Razali Nadia, Azizan M.A., Pa’ee K.F., Razali Nadlene, Jumadi N. Preliminary studies on calcinated chicken eggshells as fine aggregates replacement in conventional concrete // Mater. Today Proc. 2020. Vol. 31. 354–359. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.06.232
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2025 Far Eastern Federal University: School of Engineering Bulletin
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
