Recyklace betonu a písku v českém stavebnictví: Výzvy a možnosti

Spotřeba přírodního kameniva ve stavebním průmyslu je největší při výrobě betonu. Beton je zároveň běžně zcela závislý na primárních zdrojích, jako je písek, štěrk, cement a voda. Jedním z řešení, jak snížit negativní dopad výroby betonu na životní prostředí, je nahrazení přírodního kameniva (NA) recyklovaným kamenivem (RA).

Nedostatek přírodních zdrojů a rostoucí potřeba recyklace

Možná to zní neuvěřitelně, ale na planetě dochází písek. Tedy ten, který se v stávajících lomech a nalezištích vytěží a pak použije ve stavebnictví. Jistě, na pouštích je písku spousta, jenže z něj se moc stavět nedá. Jak vysvětluje například britská BBC, jeho drobné částečky nemají ten správný tvar: jsou příliš hladké, protože je na poušti utváří vítr. Naopak písek utvářený vodou v řekách se ke stavbám hodí a právě jeho ubývá. Čím dál více se tak objevují případy drancování říčních koryt a pobřeží i zprávy o nelegálních obchodnících a mafiích, kteří z problému těží. Nedostatek se ovšem netýká jenom písku, ale i jiných stavebních materiálů, například kamene či štěrku.

Podle zprávy Surovinové zdroje České republiky, zpracované Českou geologickou službou v roce 2021, je již teď zřejmé, že stávající ložiska nebudou schopna pokrýt potřebu přírodního kameniva k zabezpečení všech plánovaných staveb. "Do deseti let skončí 50 až 60 procent z 204 aktivně činných kamenolomů a zhruba 60 až 70 procent ze 149 aktivně činných pískoven," píše se ve zprávě. Podle dokumentu České geologické služby také už dnes není neobvyklé, že se některé druhy kameniva přepravují na vzdálenost přes 100 kilometrů, což je neekologické a neekonomické.

Recyklace jako řešení

Jednou z možností je recyklace. Hnutí DUHA vypracovalo už v roce 2000 na téma recyklace stavebních materiálů studii s názvem Potenciál alternativ k těžbě stavebního kamene, štěrkopísků a vápenců v České republice. Tato ekologická organizace spolu s dalšími, například s Institutem cirkulární ekonomiky (INCIEN), vidí budoucnost právě zde, tedy v úspornějším zacházení se stavebními odpady. A také v "cirkularitě a recyklaci", což zhruba řečeno znamená, že se surovina po prvním použití znovu použije jinak.

Institut cirkulární ekonomiky se ve své studii odvolává na odhady Asociace pro rozvoj recyklace stavebních materiálů v ČR (ASRM). Nynější situace je podle ní nepříznivá: i při nejvyšší potenciální míře využití betonového a cihelného odpadu jako plniva do "nového" betonu (30 až 50 procent nebo 1,5 až 2,5 mil. tun) by se dnes nahradilo jen deset až patnáct procent současné roční spotřeby přírodních kameniv ve výrobě betonu v Česku.

Čtěte také: Jak recyklovat starý šicí stroj

"Z toho vyplývá, že stávající stavební fond a ten, který se vybuduje v dalších letech, bude tvořit důležitou ‚materiálovou banku‘ pro klimaticky neutrální a cirkulární stavebnictví budoucnosti," píší experti INCIEN. Přimlouvají se také za to, aby ve stavebnictví převážila snaha o maximální snižování spotřeby primárních stavebních materiálů. Toho lze docílit přizpůsobením nebo rekonstrukcí stávajících budov a prodloužením jejich životnosti.

Zároveň by pak mělo být možné konstrukce, komponenty a materiály ze staveb, které už dosloužily, opětovně použít. Což jde proti dnes obvyklému postupu, že se budovy na konci životnosti demolují, takže se snižuje kvalita a využitelnost materiálů nebo možnosti jejich skladování. Některé dosud používané stavební materiály lze nahradit dřevem (o budovách ze dřeva píšeme v článku na následujících stránkách). Do popředí se nicméně dostanou i recykláty, zejména betonové - ostatně beton v sobě mívají i takzvané stále populárnější hybridní dřevostavby, kdy jsou nosné konstrukce z betonu a ty nenosné ze dřeva.

Recyklované betonové kamenivo (RCA)

Recyklované betonové kamenivo (RCA) obsahuje přírodní kamenivo v kombinaci s cementovou maltou. Vlastnosti a kvalita RCA jsou závislé na procesu demolice a recyklace, včetně způsobu, rychlosti a počtu kroků drcení a prosévání [1 - 5], a zároveň jsou ovlivněny typem a velikostí přírodního kameniva v původním betonu a také jeho pevností.

RCA se od přírodního kameniva odlišuje především tvarem zrna, který je více nepravidelný a hranatý, drsnou strukturou a porézností [6], [7], [8]. Použití drobného recyklovaného kameniva (fRA) (< 4 mm) v betonu s sebou nese ještě více komplikací v porovnání s hrubým recyklovaným kamenivem, a to především proto, že zatím nebyla jednoznačně vyvinuta metodika pro měření nasákavosti drobného recyklovaného kameniva a zároveň není známa jeho absorpční kapacita během míchání. To způsobuje nejistotu při stanovení skutečného efektivního vodního součinitele. V rámci výzkumných studií bylo porovnáno celkem 15 variant ověření nasákavosti fRA a rozptyl výsledků je 4,5 až 270 % [9], [10].

Z hlediska dopadů na životní prostředí, především dopadu na změnu klimatu, bylo zjištěno, že výroba kameniva do betonu představuje pouze asi 15 % emisí z výroby a přepravy betonu [11 - 16]. Z hlediska úplné náhrady přírodního drobného těženého kameniva bylo zjištěno snížení emisí CO2 pouze o 2 % [9], což se v porovnání s výrobou cementu nebo dopravou může zdát jako nevýznamná část. Využití fRA v betonové směsi navíc představuje příliš mnoho neznámých týkajících se vlastností čerstvého i ztvrdlého betonu.

Čtěte také: Zodpovědný přístup k recyklaci kávových kapslí

Demoliční firmy a stavebníci budou také čím dál tím více motivováni, aby materiál zbytečně nevyhazovali, takže ho na trhu přibyde. S tím už dnes počítá například firma Red-Beton.

"Po mnoha letech výzkumu a vývoje se nám povedlo dotáhnout udržitelný r-beton z recyklovaného kameniva ze stavebně-demoličního odpadu až do komerční výroby stavebních materiálů a hmot a máme na to patent," říká zástupce firmy Red-Beton Zdeněk Starý. "Zájemcům poskytujeme licenci na naši inovativní technologii," dodává s tím, že firma má třetím rokem díky sesterské společnosti Thermoservis i vlastní betonárnu.

K tomu, aby mohli vyrobit recyklovaný produkt, potřebují nicméně ve firmě bezvadně separovanou stavební suť - a právě to může být problém. Zatím se totiž běžně neprovádí takzvaný předdemoliční audit a následně selektivní demolice, která by usnadnila oddělení materiálů. "Ale snažíme se firmy vychovávat. Vysvětlujeme jim například, že ukládat suť stojí peníze, ale když přivezou už tu vytříděnou, zaplatí daleko menší částku. Suť nemůže obsahovat sádrokarton, dřevo, plasty, jednoduše vše, co plave, tam nepatří," vysvětluje Zdeněk Starý z Red-Betonu.

Ostatní věci včetně třeba kachlíčků je firma schopná zpracovat a znovu použít, problémem nicméně začíná být zateplení z polystyrenu, pokud se dostane do stavebně-demoličních odpadů. "Na základě naší podnikové normy můžeme z našich materiálů postavit klidně celý dům. Aktuální oficiální legislativa hovoří o maximálně 50 procentech recyklátu. My jsme schopni jít až na sto procent," dodává Zdeněk Starý.

V Red-Betonu přitom umějí z recyklátu udělat i materiál pro silniční stavebnictví, opěrné zdi, základy staveb i nosné konstrukce. Zdeněk Starý vyzdvihuje, že je nezbytné naučit s materiálem pracovat také projektanty a statiky, protože recyklát, tedy r-beton, má "nižší modul pružnosti". V běhu jsou tak dnes zhruba desítky projektů většinou v okruhu padesáti až sedmdesáti kilometrů kolem Brna, kde firma Red-Beton sídlí. Jde například o projekt Akademie věd v Brně Na Poříčí. Příkladem je použití r-betonu v projektech jako Trikaya Brno nová čtvrť Pod Hády, Multifunkční Aréna Brno, Průmyslová hala Sokolnice nebo rodinné domy Velatice. "Hraje to ekologicky i ekonomicky. Kubík našeho betonu vychází o deset až patnáct procent levněji než ten přírodní," říká Starý.

Čtěte také: Výzvy v recyklaci tvrzených plastů

S recyklovaným betonem má zkušenosti i Skanska. Nazývá ho rebetong: vyrábí se na základě společného výzkumu společností Skanska, Skanska Transbeton a ERC-TECH - uvádí firma v informačním letáku. Beton z recyklovaného kameniva vyrábí v Česku i firma Cemex.

Legislativní omezení a normy

Využití recyklátu jako částečné nebo úplné náhrady přírodního kameniva pro výrobu betonu je stále častější. Současná legislativa v EU a České republice však toto využití umožňuje pouze ve velmi omezené míře.

Stěžejní normy, které se věnují problematice recyklovaného kameniva a recyklovaného betonu, jsou v České republice ČSN EN 206+A2 Beton - Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda [2], ČSN P 73 2404: Beton - Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda - Doplňující informace [3] a ČSN EN 12620+A1 Kamenivo do betonu [4].

Dle ČSN P 73 2404 [4] se recyklované kamenivo z hlediska jeho složení rozděluje na Typ 1, které je vyrobeno pouze drcením z betonu, a Typ 2 původem ze stavební sutě. Tato norma uvádí minimální objemovou hmotnost 2000 ± 150 kg/m3 pro oba typy recyklátu a také maximální nasákavost po 10 minutách, která činí 10 % pro Typ 1 a 15 % pro Typ 2.

Dále uvádí, že jako kamenivo do betonu lze použít pouze kamenivo Typu 1, výjimku tvoří betony pevnostních tříd C 8/10 a nižší, kde lze použít i kamenivo Typu 2. Dále recyklované kamenivo nelze použít pro beton odolnému vůči vlivu prostředí XF2, XF4, XD1, XD2 a XD3, pro předpjatý beton, pohledový beton a beton s vysokými nároky na odolnost vůči průsaku tlakovou vodou.

V normě ČSN EN 206+A2 [2] jsou uvedeny maximální procentuální náhrady hrubého kameniva recyklovaným kamenivem dle stupně vlivu prostředí. Norma rozlišuje druh recyklovaného kameniva dle jeho složení a vlastností na druh A a druh B. Druh A je recyklát získaný jen z betonu, musí mít objemovou hmotnost vyšší než 2100 kg/m3.

Maximální 50% procentuální náhrada přírodních kameniv uvažuje pouze tzv. hrubé kamenivo nad 4 mm, a to pro prostředí X0 pro oba druhy A a B. Pro prostředí XC1 a XC2 je náhrada omezena na 30 % pro druh A a na 20 % pro druh B. Pro prostředí XC3, XC4, XF1, XA1, XD1 lze použít pouze druh A v maximální náhradě 30 %.

Při použití recyklovaného kameniva do provzdušněného betonu se zkouška obsahu vzduchu v čerstvém betonu provádí dle ČSN EN 12350-7, a to nejméně jednou denně.

Vliv recyklace na vlastnosti betonu

Oproti přírodnímu kamenivu se recyklované kamenivo liší zejména tím, že mimo původního kameniva obsahuje také cementový kámen, který ovlivňuje vlastnosti recyklovaného kameniva. Kvalita a množství cementového kamene je ovlivněna kvalitou původního betonu (pevnostní třída betonu a vodní součinitel), technologií recyklace a frakcí recyklátu.

Recyklované kamenivo z betonových recyklátů vykazuje oproti přírodnímu kamenivu vyšší nasákavost a pórovitost. Tato skutečnost je způsobena, jak již bylo zmíněno výše, zbytkovým cementovým kamenem ulpívajícím na zrnech původního kameniva. Cementový kámen má oproti přírodnímu kamenivu vyšší porozitu, což umožňuje v pórech zachytit více vody.

Obecně je pevnost v tlaku betonu s betonovým recyklátem nižší než u betonu s přírodním kamenivem. Pevnost v tlaku recyklovaného betonu klesá se zvětšující se dávkou recyklovaného kameniva a se zvyšujícím se vodním součinitelem. Pomyslným limitem je přibližně 25 až 30% náhrada pouze hrubého kameniva (nad 4 mm) betonovým recyklátem, kdy dochází pouze k minimálnímu poklesu pevnosti v tlaku. Pro dosažení stejných pevností v tlaku při 50 až 100% náhradě hrubého kameniva je třeba snížit vodní součinitel o 4 až 10 %. Pokud však vodní součinitel zůstane stejný, lze očekávat pokles pevnosti v tlaku až o 25 % [10].

Pro moduly pružnosti recyklovaného betonu je zásadní samotný modul pružnosti recyklovaného kameniva. Jelikož je recyklované kamenivo náchylnější k deformacím než přírodní kamenivo, promítá se to také negativně do recyklovaného betonu, a to tak, že se modul pružnosti snižuje o 25 až 40 %.

Mrazuvzdornost recyklovaného betonu klesá se zvyšujícím se obsahem cementového kamene a recyklovaného kameniva a také se zvyšujícím se vodním součinitelem.

Výzkum a vývoj

V současné době je na VUT Brno, FAST ve spolupráci s VÚPS Praha řešen rozborový úkol, zadaný Českou agenturou pro standardizaci, který navazuje na výsledky Rozborového úkolu RU/0001/19 „Analýza problematiky výroby betonu s recyklovaným kamenivem“ a RU/001/22 Experimentální stanovení vlastností betonů s recyklovaným kamenivem s obsahem vyšším, jak stanoví ČSN EN 206+A2“.

Cílem úkolu je zpracovat databázi a kolísání vlastností recyklovaných kameniv z demoličních odpadů z různých zdrojů důležitých producentů na území ČR. Na základě rozsáhlých experimentálních zkoušek recyklovaných kameniv vydefinovat meze základních parametrů vlastností vycházející z navržených typů a četností zkoušek v RU/001/22 v souladu s požadavky ČSN EN 12620+A1.

Po důkladném vyhodnocení získaných výsledků zpracovat textové podklady pro návrh revize ČSN P 73 2404. Cílem je vytvořit podklady pro návrh betonů pevnostních tříd C 12/15 až C 30/37 a pro stupeň vlivu prostředí X0, XC, XD, XF, XA s náhradou 50 až 100 % přírodního kameniva betonovým resp.

Příklady použití recyklovaného betonu

Článek prezentuje dva příklady využití betonu s recyklovaným betonovým kamenivem (RBK) na konkrétních aplikacích. Konkrétně se jedná o základový žebrový prefabrikovaný panel umístěný pod povrchem pro stabilizaci horní betonové konstrukce lavičky jako první příklad aplikace a jako druhý příklad aplikace je zde uveden běžný slabě vyztužený panel pro různorodé aplikace například v dopravních stavbách a infrastruktuře pro realizaci zpevněných ploch.

Základová část lavičky

Pro výrobu základové části lavičky bylo použito recyklované betonové kamenivo RBK 1, přírodní kamenivo PK a přírodní písek (Obrázek 3). Recyklované betonové kamenivo nahrazuje 80 % obj. přírodního kameniva, které je běžně používáno. Přičemž je plně nahrazena frakce 4-16 mm a částečně, a to ze 60 %, pak přírodní písek frakcí 0-4 mm. Směs obsahovala 320 kg cementu CEM I 42,5 R na 1 m3.

Betonové panely pro dopravní stavby

Pro výrobu panelu bylo použito recyklované betonové kamenivo RBK 2 a přírodní písek. Recyklované betonové kamenivo nahrazuje 80 % přírodního kameniva, které je běžně používáno. Přičemž frakci 4-16 mm nahrazuje 100 % a částečně, a to ze 60 %, pak nahrazuje přírodní písek frakce 0-4 mm. Směs obsahovala 320 kg cementu CEM I 42,5 R na 1 m3.

Betonový panel z betonu s recyklovaným betonovým kamenivem je určen pro vybrané aplikace dopravního stavitelství. Panel má rozměr 3 × 1,2 × 0,22 m a je vyztužen konvenční ocelovou výztuží, kterou tvoří dvě kari sítě o průměru 8 mm a okem 150 × 150 mm, které jsou umístěny v horní a spodní části panelu ve vzdálenosti 30 mm od povrchu.

Závěr

Tento článek se věnuje možnostem využití recyklovaného betonového kameniva (RBK) jako náhrady přírodního kameniva v betonové směsi a přenesení poznatků z laboratoře do praxe. Pro základovou část lavičky byla použita betonová směs s částečnou náhradou hrubé frakce recyklovaným betonovým kamenivem (REC 300/22 Z). Pro betonáž panelů byla použita směs, která obsahovala optimalizovaný poměr přírodního písku a drobného RBK (REC 320/80 P). Využití drobného RBK má pozitivní dopad na vlastnosti betonové směsi. Vyrobené konstrukční prvky potvrzují potenciál využití betonů s recyklovaným betonovým kamenivem. Výsledky betonáží ukazují, že při využití kvalitního RBK, správném návrhu receptury a dodržení technologického postupu mají tyto betony vysoký potenciál pro oba zvolené typy konstrukcí.

tags: #recyklace #betonu #pisek #využití

Oblíbené příspěvky:

• Aktuální trendy v ochraně přírody
• Spor HSBC a Greenpeace
• Objevte Mladou Boleslav
• Klimatická síť v Česku
• PET a jeho recyklace