Mechanical and Environmental Analysis and Performance Index Evaluation of Concrete Containing Recycled Aggregates Processed by Ball Milling Method.

Abstract

Concrete is the second most consumed material in the world after water, and cement production, in particular, leads to greenhouse gas emissions, while natural aggregate extraction causes resource depletion, resulting in significant environmental damage. Recycled Concrete Aggregate (RCA), obtained from construction and demolition waste, offers a sustainable solution to these problems. However, the old, porous cement mortar on traditional RCA weakens the mechanical strength of the new concrete and increases water absorption. To solve this problem, the "Ball Milling" technique has been developed. This mechanical process separates the old, weak mortar from the aggregate, bringing the physical quality of the material closer to that of natural aggregate. In this study, the environmental and mechanical effects of using improved RCA at 0%, 20%, 40%, and 60% concentrations were examined using Life Cycle Assessment (LCA) with SimaPro software. According to the results, using 60% RCA maintains the structural strength of the concrete (38.2 MPa) while providing a massive environmental saving of up to 45% in land use. The developed "Environmental-Mechanical Performance Index" (EMI) has proven that the most perfect structural and environmental balance is achieved at a 20% utilization rate. In summary, ball milling is a vital method for the environmentally friendly construction sector, improving the quality of recycled materials, reducing carbon footprint, and providing high strength.

Keywords

• Recycled Concrete Aggregate
• Ball Milling
• Life Cycle Assessment
• Construction and Demolition Waste

Bilyalı Öğütme Yöntemiyle İşlenmiş Geri Dönüştürülmüş Agregalar İçeren Betonun Mekanik ve Çevresel Analizi ve Performans Endeksinin Değerlendirilmesi.

Abstract

Beton, dünyada sudan sonra en çok tüketilen maddedir ve özellikle çimento üretimi sera gazı emisyonlarına, doğal agrega çıkarımı ise kaynak tükenmesine yol açarak ciddi çevresel zararlar verir. İnşaat ve yıkıntı atıklarından elde edilen Geri Dönüştürülmüş Beton Agregası (GDBA) bu sorunlara sürdürülebilir bir çözüm sunar. Ancak, geleneksel GDBA'nın üzerindeki eski gözenekli çimento harcı, yeni betonun mekanik gücünü zayıflatıp su emilimini artırır. Bu sorunu çözmek için "Bilyalı Öğütme" (Ball Milling) tekniği geliştirilmiştir. Bu mekanik işlem, eski zayıf harcı agregadan ayırarak malzemenin fiziksel kalitesini doğal agregaya yaklaştırır. Bu çalışmada, SimaPro yazılımı ile Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi (YDD-LCA) yapılarak iyileştirilmiş GDBA'nın %0, %20, %40 ve %60 oranlarında kullanımının çevresel ve mekanik etkileri incelenmiştir. Sonuçlara göre, %60 oranında imkane, betonun yapısal gücünü (38.2 MPa) korurken arazi kullanımında %45'e varan devasa bir çevresel tasarruf sağlar. Geliştirilen "Çevresel-Mekanik Performans İndeksi" (EMI) ise en mükemmel yapısal ve çevresel dengenin %20 kullanım oranında gerçekleştiğini kanıtlamıştır. Özetle, bilyalı öğütme tekniği geri dönüştürülmüş malzemelerin kalitesini yükselterek, karbon ayak izini azaltan ve yüksek dayanım sağlayan çevre dostu inşaat sektörü için hayati bir yöntemdir.

Keywords

• Geri Dönüştürülmüş Beton Agregası
• Bilyalı Öğütme
• Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi
• İnşaat ve Yıkıntı Atıkları

Supporting Institution

BAPSİS Proje Süreçleri Yönetim Sistemi - bapkob - OMÜ

Thanks

Araştırmacı, bu araştırma projesine sürekli ve verimli desteklerinden dolayı Ondokuz Mayıs Üniversitesi (BAPSİS) yönetimine içten teşekkürlerini ve minnettarlığını ifade eder. Bu destek, özellikle SimaPro yazılımının resmi sürümü için sağlanan finansman ve sponsorlukta açıkça görülmüştür. Bu mali ve teknik destek, yaşam döngüsü analizini (LCA) yüksek bilimsel doğruluk ve verimlilikle gerçekleştirmek için gerekli olan gelişmiş araçların kullanılabilir hale gelmesinde etkili olmuştur.

References

1. Babalık, Ö. (2022). Geri dönüştürülmüş agrega kullanımının çevresel etkilerinin Yaşam Döngüsü Değerlendirme (YDD) yöntemi ile değerlendirmesi [Yüksek lisans tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi
2. Chaney Enterprises. (2025). Start your career at Chaney. Manufacturing Materials. https://www.manufacturingmaterials.org/blog/top-concrete-ready-suppliers-china-global-buyers/
3. Dilbas, H., Çakır, Ö., & Atis, C. (2019). Experimental investigation on properties of recycled aggregate concrete with optimized ball milling method. Construction and Building Materials, 212, 716-726. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.04.007
4. U.S. Environmental Protection Agency. (2006). Life cycle assessment: Principles and practice (EPA/600/R-06/060). U.S. Environmental Protection Agency, Office of Research and Development, National Risk Management Research Laboratory. https://nepis.epa.gov/Exe/ZyPURL.cgi?Dockey=P1000L86.TXT
5. Global Cement and Concrete Association. (2025). Cement & concrete industry net zero action & progress report 2025/26. Global Cement and Concrete Association. https://gccassociation.org/cement-and-concrete-industry-net-zero-action-and-progress-report/
6. Hawas, A., & Akter, S. T. (2025). Current insight on eco-friendly concrete: A review. Buildings, 15(5), 682; https://doi.org/10.3390/buildings15050682
7. International Organization for Standardization. (2006). Environmental management — Life Cycle Assessment — requirements and guidelines. ISO Standard No. 14044:2006.
8. Jessa, E., & Ajidahun, A. (2024). Sustainable practices in cement and concrete production: Reducing CO2 emissions. World Journal of Advanced Research and Reviews, 22(02), 2301-2310 https://doi.org/10.30574/wjarr.2024.22.2.1412

9. Mehta, K., & Monteiro, P. J. (2014). Concrete: Microstructure, properties, and materials. (3rd ed.). McGraw-Hill
10. Menegatti, L. C., Freitas Dutra, J. de, de Araujo, A. F., Rangel, C. S. B., Amario, M., & Filho, R. D. T. (2026). Mechanical, durability and environmental performance of concrete with recycled concrete aggregates and metakaolin. Construction and Building Materials, 537, 146993. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2026.146993
11. Mistri, A., Bhattacharyya, S. K., Dhami, N., Mukherjee, A., & Barai, S. V. (2020). A Review on different treatment methods for enhancing the properties of recycled aggregates for sustainable construction materials. Construction and Building Materials, 233, 117894. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.117894
12. ROK Grup Mad.Dış.Tic.İnş.Turz.San.Ve Tic.Ltd.Şti. (2017). Taş (Kalker) ocağı ve kırma-eleme tesisi kapasite artışı faaliyeti, proje tanıtım dosya. Samsun, Türkiye: Çevresel Etki Değerlendirmesi.
13. Tangüler, M., Yener, P., & Akgül, Ç. (2015). Türkiye’de uçucu küllü betonlar için yaşam döngüsü analizi. 9.Ulusal Beton Kongresi, 431-441.
14. Tükenmez, E. (2019). Life Cycle Assessment (LCA) of different concrete mixtures and an application in a green building. Master's thesis, Middle East Technical University.
15. Türkiye Hazır Beton Birliği. (2022). Hazır beton sektör raporu 2021. Türkiye Hazır Beton Birliği. https://www.thbb.org/media/563130/2021-hazir-beton-sektor-raporu-28-subat-2022.pdf