Snižování uhlíkové stopy betonu a jeho vliv na kvalitu a trvanlivost staveb

Beton je hned po vodě nejpoužívanějším materiálem na světě. Základním stavebním materiálem se stal nejen díky svým všestranným mechanickým vlastnostem a velké odolnosti, ale také díky široké dostupnosti a relativně nízké ceně. Téměř žádná moderní stavba se neobejde bez použití betonu. Stavby, jako jsou silnice, mosty, přehrady a další významné infrastrukturní a inženýrské stavby, jsou na použití betonu zcela závislé. Bez nadsázky lze říci, že celá naše současná civilizace je vybudovaná na betonu. Právě díky jeho široké oblibě přesahuje celosvětová spotřeba betonu ročně 30 miliard tun [1].

Problémy spojené s výrobou betonu

S výrobou betonu jsou spjaty tři hlavní problémy, které se týkají udržitelného rozvoje:

• těžba nerostných surovin,
• spotřeba pitné vody,
• emise skleníkových plynů.

Těžba nerostných surovin

Prvním problémem je těžba nerostných surovin, na kterých je výroba betonu zcela závislá. Jedná se primárně o těžbu stavebního kamene, využívaného jako plnivo do betonu, a vápence, který je potřeba pro výrobu cementu. Ačkoliv je zásoba těchto surovin celosvětově stále vysoká, jejich dostupnost v některých oblastech výrazně klesá. Nízká dostupnost paradoxně nebývá způsobena pouze nedostatkem či vyčerpáním zásob dané suroviny, ale také omezenou těžební kapacitou stanovenou právními předpisy. Těžba těchto surovin má mnoho negativních environmentálních dopadů. Lomy významně zasahují do krajiny v místě těžby, což může vést k ohrožení lokálních ekosystémů, fragmentaci krajiny, ovlivnění hladiny podzemních vod, erozi a dalším negativním jevům. Samotná těžba s sebou pak může nést zhoršení životních podmínek pro okolní obyvatele, např. ve formě zvýšeného hluku, prašnosti a nákladní dopravy. Z těchto a mnoha dalších důvodů je otevírání nových či prodlužování stávajících lomů v právním státě čím dál tím složitější, neboť často naráží na odpor místních obyvatel nebo spolků. Tento problém samozřejmě stoupá se zvyšující se hustotou zalidnění.

Spotřebu a nedostupnost přírodního kameniva lze částečně řešit využíváním kameniva recyklovaného, nejčastěji získaného zpracováním stavebního a demoličního odpadu (SDO). Využívání recyklovaného kameniva v betonu se věnovaly články v předchozích číslech časopisu [2] až [5]. Zde je vhodné pouze připomenout, že recyklované kamenivo může nahradit pouze malou část spotřeby přírodních zdrojů. Realistické odhady se pohybují okolo 10 %, a to pouze za určitých předpokladů.

Spotřeba vody

Druhým problémem je velká spotřeba vody, která se využívá jak pro výrobu betonu, tzv. záměsová voda, tak i pro oplach provozních a strojních zařízení. Požadavky na záměsovou vodu jsou jasně stanovené v normě ČSN EN 1008. Ve většině případů se využívá pitná voda z vodovodního řadu nebo lokálních zdrojů. Částečně lze za určitých podmínek pitnou vodu nahradit vodou získanou při recyklaci na betonárně. Využití dešťové vody je problematické a splaškovou vodu použít nelze vůbec.

Čtěte také: Tlaková Myčka 14mm pro Odpady

Emise skleníkových plynů

Třetím významným problémem výroby betonu jsou emise skleníkových plynů, zejména oxidu uhličitého - CO2. Největší část emisí CO2 vzniká při výrobě cementu, ta je zodpovědná za 5 - 8 % celosvětových emisí CO2. Při výrobě jedné tuny čistého portlandského slínku vznikne přibližně 0,75 - 0,95 t CO2, konkrétní hodnota závisí na účinnosti pece a typu paliva. Z této hodnoty je přibližně 50 % výsledek kalcinace, tedy chemického procesu, při kterém dochází k uvolňování CO2 při výpalu vápence. Emise ze spalování paliv k dosažení teplot okolo 1 450 °C pro výpal vápence tvoří přibližně 40 %. Za zbylých 10 % je zodpovědná spotřeba elektřiny a transport materiálu.

Zatímco emise ze spalování paliv lze snížit, např. využíváním tuhých alternativních paliv (TAP) místo plynu nebo uhlí, emise způsobené kalcinací snížit nelze. Momentálně je jedinou možností vyprodukovaný CO2 zachytit a uložit pomocí technologie Carbon Capture and Storage (CCS), příp. zachytit a znovu využít technologií Carbon Capture and Utilization (CCU). Tyto technologie jsou však finančně nákladné, technologie CCS je dnes v provozu v průmyslovém měřítku pouze na jedné cementárně na světě.

Z pohledu výroby betonu má tedy největší podíl na uhlíkové stopě typ a množství cementu ve směsi. Z tohoto důvodu je to i hlavní proměnná, kde se hledají největší úspory emisí CO2. Další emise, které se započítávají do uhlíkové stopy betonu, se týkají zejména těžby surovin, přepravy jednotlivých materiálů a provozu betonáren. Se zvyšující se přepravní vzdáleností, např.

Nástroje ke snižování emisí

K naplňování klimatických cílů Evropské unie se využívají dva hlavní nástroje, které jsou primárně založeny na finanční motivaci. Evropský systém pro obchodování s emisemi (EU ETS) zavedl institut emisních povolenek. Množství emisních povolenek, resp. množství CO2, které mohou podniky v EU dohromady vypustit do ovzduší, postupně každý rok klesá, což má následně vliv na cenu povolenek na evropských energetických burzách. Jak již bylo vysvětleno výše, emise z výroby cementu vznikají primárně při výpalu slínku. Aby cementárny omezily emise uhlíku, musí vyrábět méně slínku. Poptávka po cementu je však stále stejná, a je tedy nutné slínek substituovat příměsemi, jako je např. mletý vápenec, vysokopecní granulovaná struska, elektrárenský popílek aj.

ESG reporting je systém nefinančního hodnocení firem, který hodnotí firmy na základě toho, jak se chovají k životnímu prostředí, jaký mají vztah k lidem a společnosti, ale také jak je daný podnik řízen a kontrolován. Na základě tohoto hodnocení se pak mj. může odvíjet dostupnost finančních úvěrů pro danou firmu. ESG reporting proto začíná hrát významnou roli i u nových developerských projektů. Výše úrokové sazby, kterou banky investorovi poskytnou, se může odvíjet právě na základě ESG ratingu, což zásadně ovlivňuje možnosti financování projektu. V praxi se to projevuje tak, že v projektech bývá nově stanovena i maximální uhlíková stopa jednotlivých druhů betonu, které jsou v projektu navrženy.

Čtěte také: Problémy se sádrou v odpadu?

Omezení uhlíkové stopy betonu však často není v souladu s technickým požadavky betonu. Zadavatelé neberou vždy v potaz dopad na dobu výstavby, která se může výrazně prodloužit vlivem použití nízkoemisních cementů, nebo vytváří tlak na snižování rezerv pevnosti betonu kvůli snižování obsahu cementu ve směsi.

K soutěžení zakázek na základě uhlíkové stopy je však nutné dodat ještě jednu poznámku. Momentálně jediným podkladem pro porovnání betonových směsí z pohledu uhlíkové stopy je Environmentální prohlášení produktu (EPD). EPD si každý výrobce zpracovává sám a následně jej nechá ověřit nezávislou třetí stranou. Nicméně subjektů, které ověřování EPD provádí, je více a jejich metody ověřování se mohou lišit.

Životní cyklus stavby a uhlíková stopa

Řešíme-li uhlíkovou stopu betonu, je dobré se na ni dívat v kontextu celého životního cyklu stavby. U běžných civilních a rezidenčních staveb má totiž největší podíl na emisích skleníkových plynů fáze provozu stavby, a to až 70 %. Těžba surovin a výroba stavebních materiálů je pak zodpovědná přibližně za 20 % [9]. U dopravních a inženýrských staveb bude tento poměr samozřejmě jiný, jelikož v provozní fázi se významně snižují či úplně odpadají emise např.

Podíváme-li se na to z druhé strany, tedy v jaké fázi je největší potenciál ke snížení emisí skleníkových plynů, pak zde největší význam hraje fáze plánování a projektování. Největší úspory emisí můžeme totiž docílit např. tím, že místo novostavby zvolíme variantu rekonstrukce a prodloužení životnosti stávající stavby. Dále je velký potenciál ve fázi návrhu a jeho optimalizace. Následuje fáze výstavby, kde je potenciál již nižší. Tu je možné ovlivnit např. dekarbonizací stavebních materiálů nebo zvýšením efektivity výstavby. Důležitou roli hraje také životnost stavby, která by se měla brát v úvahu při posuzování celkových emisí.

Vliv typu cementu na uhlíkovou stopu

Z výše uvedeného lze vypozorovat jasný trend, a to že tlak na využívání nízkoemisních betonů bude čím dál tím větší. Současně lze předpokládat, že cesta k nízkoemisním betonům vede skrze směsné cementy s nižším podílem slínku. Jak bylo uvedeno výše, hlavní vliv na uhlíkovou stopu cementu má obsah slínku, tzn. slínkový faktor. Slínkový faktor tedy udává, kolik procent z cementu tvoří slínek. Výrobci cementu tento faktor pozorně sledují a snaží se ho postupně snižovat. Snižování uhlíkové stopy ale ne vždy plně koresponduje se snižováním uhlíkové stopy betonu.

Čtěte také: Kladenská skládka: Vše, co potřebujete vědět

V příkladu je uvedeno statistické vyhodnocení provzdušněných betonů z jedné betonárny za období zhruba dvou roků. Zde jsou uvedeny betony s cementem CEM I 42,5 R (CEM I) a CEM II/B‑S 32,5 R (CEM II). V tomto případě došlo při záměně cementu z CEM I na CEM II k nárůstu dávkování o cca 13 % pro dosažení stejné pevnosti. Cement CEM II má ale o zhruba 24 % nižší uhlíkovou stopu, a tak i přes navýšení množství cementu ke snížení uhlíkové stopy dojde.

Používání nízkoemisních cementů z pohledu uhlíkové stopy betonu tedy smysl má, i když významně nižší, než by se zdálo pouze z uhlíkové stopy cementu.

Vliv typu cementu na mrazuvzdornost a odolnost proti CHRL

Typ cementu a způsob jeho výroby má velký vliv na odolnost betonu v mrazových cyklech. Beton je mrazovými cykly namáhán dvěma způsoby a dvěma způsoby je i zkoušen. V prostředí XF1 a XF3, kde je předpokládáno namáhání mrazovými cykly za přítomnosti vody, je odpovídající zkouškou mrazuvzdornost betonu dle ČSN 73 1322 [11]. Při této zkoušce se porovnává pokles pevnosti v tahu za ohybu zmrazovaného tělesa a tělesa referenčního. Oproti tomu v prostředí XF2 a XF4 je předpokládáno namáhání betonu mrazovými cykly za přítomnosti vody a chemických rozmrazovacích látek (CHRL). K dosažení dobré mrazuvzdornosti je potřeba zejména dobré provzdušnění betonu.

Typ cementu může naopak mrazuvzdornost ovlivnit výrazně. Z grafu je vidět, že betony z cementů CEM I 42,5 R a CEM II/B‑S 32,5 R mají při podobném obsahu vzduchu podobné mrazuvzdornosti. Oproti tomu beton z cementu CEM III/B 32,5 L - LH/SR, při obsahu vzduchu na spodní hranici dané normou, má výsledky významně lepší. Otázkou je, jestli je to dáno lepšími parametry cementu pro dosažení mrazuvzdornosti, nebo zkreslením zkoušky z důvodu velmi pomalého nárůstu pevností. Každopádně se v tomto případě ukazuje, že snížení uhlíkové stopy použitím cementuCEM III/B vede k lepším výsledkům mrazuvzdornosti.

V případě odolnosti betonu proti vodě a CHRL se nejdůležitějším parametrem ukazuje kvalitativní stálost a složení cementu. V grafu jsou uvedeny mediány odpadů při zkoušce odolnosti povrchu betonu proti vodě a CHRL (po 75 cyklech metodou „C“) za období zhruba 2 let. Všechny výsledky jsou naměřeny na provzdušněných betonech pevnostní třídy C30/37.

Cement CEM III/B 32,5 L - LH/SR nebyl vyhodnocen z důvodu nedostatečného množství statistických dat z běžné výroby. Referenční beton je beton s cementem CEM I 42,5 R. Jedná se o portlandský cement, který obsahuje 95 - 100 % slínku. Posledním vyhodnoceným betonem je beton s cementem CEM II/A‑S 52,5 N WHITE. Jedná se o portlandský struskový cement, který obsahuje 80 - 94 % slínku a 6 - 20 % strusky. Tento cement je specifický tím, že má bílou barvu. Bílé barevnosti je dosaženo jednak výběrem suroviny a jednak palivy použitými pro výpal slínku. Pro běžné cementy jsou kvůli snížení uhlíkové stopy cementu využívána tuhá alternativní paliva (TAP), která jsou vyráběna z odpadu.

V grafu je vidět, že medián odpadů při zkoušce odolnosti betonu proti vodě a CHRL na betonu s cementem CEM II/B‑S 32,5 R je téměř 3,5× vyšší než u referenčního betonu. Důvodů pro tyto výsledky může být více a nelze je jednoznačně definovat. Kvalitu cementu může ovlivnit kvalitativní kolísání použité příměsi (strusky). Na druhou stranu proces výroby cementu v tomto případě, při srovnání s referenčním betonem z cementu CEM I, nebude mít vliv, protože se jedná o cementy ze stejné cementárny, se stejným slínkem, vypalovaným pomocí stejného paliva.

Oproti tomu je medián odpadů na betonu s bílým cementem CEM II/A‑S 52,5 N na výrazně nižší úrovni, a to cca pětinový oproti referenčního betonu. Cement má sice své nevýhody, velmi brzy reaguje a má rychlý a vysoký vývoj hydratačního tepla, ale z pohledu odolností proti vodě a CHRL je na významně vyšší úrovni než ostatní cementy. Důvodů pro tento jev může být opět více a pro jasné nalezení příčiny by se musel provést rozsáhlý výzkum. Uvedené výsledky ukazují tuto skutečnost, ale ne její důvody.

vždy je nutno správně posoudit způsob mrazových cyklů, jakými je beton namáhán. Tzn. typ cementu má významný vliv na odolnost betonu, resp. mrazuvzdornost betonů s cementem o vysokém obsahu strusky je obecně vyhovující, zásadní je v tomto případě provzdušnění betonu.

odolnost betonu je velmi důležitým parametrem z pohledu udržitelnosti. Beton odolný vlivům prostředí je základem pro trvanlivou konstrukci.

u konstrukcí v agresivnějších prostředích je základem návrh betonu s co nejdelší trvanlivostí.

Vliv ošetřování betonu na jeho pevnost

Výše uvedené výsledky byly naměřeny na tělesech v perfektním laboratorním prostředí, ať už z pohledu teploty, tak vlhkosti. V časech, kdy se většina betonů vyráběla z portlandského cementu, měly tyto výsledky dobrou vypovídající hodnotu. V grafu je porovnána krychelná pevnost těles stáří 28 dnů, zhotovených z betonu C30/37 XA2 s cementem CEM III/B. Část vzorků byla uložena a ošetřována ve standardním prostředí, teplota 20 ± 2 °C a relativní vlhkost ≥ 95 %. Druhá část vzorků byla odformována po třech dnech a následně uložena v prostorách laboratoře, zcela bez ošetřování. Je vidět, že i tato změna ošetřování, nijak dramatická, způsobila pokles pevnosti betonu s cementem CEM III/B o 25 %, což může být třeba u stropních konstrukcí rizikové. U rychlejších cementů takto velký pokles pevností pozorován není. Na stavbě mohou být podmínky z pohledu ošetřování výrazně horší a zároveň rezervy betonu nebudou tak vysoké.

Dalším příkladem jsou extrémně namáhané povrchy v prostředí XF4, např. římsy a vozovky. V prostředí XF4, kde o trvanlivosti konstrukce rozhoduje pár centimetrů od povrchu konstrukce, může být efekt naprosto zásadní.

tags: #chrl #promenna #odpadu #co #to #je

Oblíbené příspěvky:

• Udržitelné nakládání s odpady
• Jak nainstalovat drtič
• Jak vybrat nerezový odpad
• Nakládání s odpady
• Odpadkové koše: červeno-bílá varianta