Recyklace čerstvého betonu: Proces a význam

Beton je jedním z nejpoužívanějších materiálů ve světě. Na rozdíl od oceli je beton kompozitní materiál a skládá se ze štěrku/kamenné drti (≈41 %), písku (≈26 %), vody (≈17 %), cementu (≈11 %) a vzduchu (≈6 %), což znesnadňuje jeho rozebrání na jednotlivé složky.

Každý rok se vyrobí více než 4 miliardy tun cementu. Celosvětová výroba cementu představuje přibližně 8 % celosvětových emisí.

Možnosti využití a recyklace betonu

Efektivní využití cementu a betonu, zahrnující jeho opětovné použití, opravu, recyklaci a downcyklaci, může částečně snížit emise skleníkových plynů a pomoci zpomalit růst emisí v průmyslu. Opatření v podobě oprav, opětovného použití, recyklace a downcyklace v betonářském odvětví zvyšují efektivitu využití materiálů a usilují o udržení hodnoty vyrobeného materiálu po delší dobu.

1. Opravy a opětovné použití

Během doby užívání se budovy a infrastruktura opotřebovávají a stárnou. To se projevuje ve formě prasklin, trhlin, delaminace a koroze v konstrukci. Zhoršování stavu betonových materiálů lze zpomalit opatřeními, jako je ochrana proti korozi (tj. katodická ochrana) v kombinaci se záplatováním poškozeného betonu vhodnými materiály - vlákny vyztuženými polymery (plasty).

Poté, co je budova nebo část infrastruktury vyřazena z provozu, mohou být její části potenciálně opětovně použity pro nové účely na staveništích v okolí. Opravy a opětovné použití betonových prvků mohou prodloužit jejich životnost a přispět k efektivnímu používání cementu a betonu.

Čtěte také: Jak recyklovat starý šicí stroj

2. Recyklace betonu

Pokud nelze betonové prvky znovu použít k jinému účelu, lze je částečně recyklovat a tento recyklát využít k výrobě nového betonu. Nicméně rozbitím betonové suti nejslabším článkem (cementovým kamenem) lze izolovat její jednotlivé složky a přispět k výrobě nového betonu.

Technologie vyvinutá společností SmartCrusher BV, dokáže betonovou suť mechanicky zpracovat zpět na písek, štěrk a zreagovaný a nezreagovaný cement. Část nezreagovaného cementu lze získat ze starého betonu, který pak může přímo nahradit vyrobený cement.

Nicméně cement získaný tímto procesem lze použít k výrobě nového betonu pouze, pokud nezreagoval a nevytvořil tak pevný beton (tj. nebyl „vytvrzen“). To znamená, že během procesu recyklace cementu dochází k jeho ztrátám, ať už z důvodu již proběhlé reakce, nebo z důvodu materiálových ztrát. Vzhledem k těmto omezením je třeba recyklaci cementu stále doplňovat primární výrobou cementu.

3. Downcyklace betonu

Ve stavebnictví jsou dnes běžnou praxí různé způsoby použití drceného betonu. V porovnání s recyklací je downcyklace betonu méně složitá, a tudíž cenově dostupnější a běžnější. Beton může být rozdrcen na určitou velikost a použit jako plnivo v nových betonových konstrukcích.

V současné době tvoří plnivo získané downcyklací betonu ~6 % až 8 % z celkového množství plniva potřebného v Evropě. Downcyklovaný beton zabraňuje skládkování, ale neovlivňuje emise z výroby cementu, protože uspokojuje poptávku v jiných oblastech využití. To tedy znamená, že downcyklace nemůže nahradit beton ve všech případech a že primární výroba cementu pro výrobu nového betonu je stále nezbytná.

Čtěte také: Zodpovědný přístup k recyklaci kávových kapslí

Díky opravám, opětovnému použití a recyklaci by se potenciálně mohla snížit poptávka po nově vyráběném cementu a s ní i emise pocházející z výroby cementu. Recyklace je stále závislá na primární výrobě vzhledem ke kvalitě materiálů získaných recyklací a drcením. Jinými slovy, míra opětovného použití a recyklace betonu závisí na vlastnostech a čistotě získaných materiálů.

Většina emisí v hodnotovém řetězci betonu vzniká během výrobního procesu cementu a pro dosažení uhlíkové neutrality je třeba emise snížit přímo ve výrobních závodech. Pozitivní dopad může mít také navrhování budov a infrastruktury tak, aby se uchovala hodnota materiálů a umožnila oprava konstrukce.

Recyklace starého betonu a železobetonu

Recyklace starého betonu a železobetonu je dnes poměrně rozšířenou záležitostí. Ze starého betonu se pomocí drcení a dalších úprav oddělí původní kamenivo, které se následně přidává do nových betonových směsí. Uvedeným způsobem se používá frakce 4/16 mm, resp. 4/32 mm.

Při drcení a úpravách vzniká i odpad v podobě frakce 0/4 mm, primárně tvořený cementovou matricí, původním pískem a podrceným kamenivem vyšších frakcí. Frakci 0/4 mm je možné použít jako plnivo do nového betonu a nahradit tak část písku.

Cementová matrice obsahuje kromě zhydratovaných slínkových minerálů i část nezhydratovaných slínků a další produkty, které mohou při použití s cementem opětovně hydratovat a vytvářet novou strukturu. Upravený materiál pak může být použitý i jako náhrada části nově použitého cementu v cementových kompozitních materiálech nebo v necementových pojivech, v tomto případě se pak kombinuje s druhotnými surovinami, jako je např.

Čtěte také: Výzvy v recyklaci tvrzených plastů

Do celého procesu lze ještě zakomponovat proces mletí, resp. mikromletí, zvětšit měrný povrch původního recyklátu a upravit tak frakci 0/4 mm nebo její část a zvýšit aktivitu recyklátu. Když budeme mít tedy upravený betonový recyklát frakce 0/4 mm, můžeme ho použít v novém betonu (případně v cementové maltě), kde bude jednou složkou.

Nabízí se otázka, kde by bylo vhodné použít tento materiál efektivně jako takový. Jednou s efektivních možností je tento materiál použít jen s cementem, kde by i část původního cementu byla nahrazena, a to díky pojivovým vlastnostem upraveného recyklátu, a smíchat s vodou.

Popsaným způsobem by vznikla jemná kompozitní hmota na bázi cementu a bez přídavku nového písku, resp. kameniva. Takovýto materiál může být využitý například v suchých maltových nebo omítkových směsích, ale může být použitý např.

Na nové stavební výrobky jsou v současné době kladené vyšší nároky na širší spektrum užitných vlastností, jako je např. pevnost v tlaku, objemová hmotnost, součinitel tepelné vodivosti atd. Podobným způsobem jsou koncipované/navržené lehčené stavební prvky pro obvodové pláště, kde je hledán kompromis mezi pevností v tlaku a součinitelem tepelné vodivosti, aby byla tloušťka obvodového pláště co nejmenší, a to vzhledem k zastavěnému prostoru.

Lehčený cementový kompozit

V rámci projektu Ministerstva průmyslu a obchodu FV20503 byly na Fakultě stavební ČVUT v Praze provedené pokusy, kdy byla cementová hmota vylehčena pomocí pěny. Na rozdíl od dalších typů vylehčení, např. autoklávovaní při výrobě pórobetonu, se jedná o nízkoenergetické řešení.

Důležité je použít správnou pěnu a další chemické přísady, aby pěna „nespadla“ a ideálně byla vytvořena hustá pěna tvořená malými pravidelnými bublinkami. Vytvořená čerstvá směs musí být na počátku výroby nastavená tak, aby držela tvar, nepropadala se a nevytvářely se v ní inkluze, tedy místa s odlišnou strukturou, objemovou hmotností.

Další možností na udržení stability pěny a cementové hmoty v počátečních fázích tuhnutí a tvrdnutí je přidání mikrovláken. Přidaná mikrovlákna ovlivní zpracovatelnost směsi, a proto je nutné upravit složení, např. Navržený lehčený cementový kompozit je složen z pojiva, jemného recyklovaného plniva, mikrovláken, superplastifikátoru a pěnicí přísady.

Důležitý aspekt směsi je nastavení poměru pojiva a recyklátu v kombinaci s množstvím použité pěnicí přísady. Z uvedeného důvodu byly vytvořeny dvě sady vzorků. První sada byly cementové pasty o rozměrech 40 × 40 × 160 mm s různým poměrem pojivo/recyklát. Složení jednotlivých směsí první sady lze vidět v tab. 1. V druhé sadě byl následně použit nejvýhodnější poměr pojiva a recyklátu a struktura kompozitu vylehčena pomocí pěnicí přísady. Druhá sada byla tedy tvořena pojivem, plnivem, superplastifikátorem, různým procentuálním množstvím pěnicí přísady a mikrovlákny a vzorky měly rozměry 150 × 150 × 150 mm.

Klíčové bylo stanovit optimální vylehčení s ohledem na výsledné užitné vlastnosti, v tomto případě mechanické a tepelnětechnické, a dále efekt využití mikrovláken na „zpevnění“ struktury, a to primárně s ohledem na tuhnutí a tvrdnutí pěnou vylehčené směsí. Složení testovaných směsí sady 2 je patrné z tab.

Materiály, které byly v rámci výzkumu použity, byly: portlandský cement CEM I 42,5R (dle ČSN EN 197-1: 2011), jemný mikromletý recyklovaný odpadní beton (REC). REC vznikl v průběhu procesu drcením 100 let starého konstrukčního betonu z demolice stavby Walter Motors. V rámci drcení vznikla frakce 0/32 mm, ze které byla odstraněna ocelová výztuž a odseparovaná jemná frakce 0/1 mm.

V prvotní fázi tuhnutí cementového kompozitu docházelo k borcení napěněné struktury, proto se do směsi přidávala mikrovlákna, aby napěněnou strukturu ztužila. Použitá mikrovlákna byla ze 100% recyklovaného polypropylenu o průměru 32 mikronů a délce 4 mm.

Další aspekt, který negativně ovlivňoval napěněnou strukturu, bylo množství záměsové vody. Z uvedeného důvodu byl použit superplastifikátor na bázi modifikovaného polykarboxylátu. Použité dávky superplastifikátoru v hmotnostních procentech pojiva jsou doporučeny výrobcem.

K vylehčení struktury pěnobetonu byla použita pěnicí přísada na bázi amidů a kyseliny sulfonové. V prvotní fázi vývoje lehčeného cementového kompozitu bylo nutné určit výhodný poměr pojiva a plniva. Vytvořili jsme proto první sadu, kde bylo využito až 90 hm. % jemného recyklovaného odpadního betonu.

Mezi základní zkoumané vlastnosti, v závislosti na nichž bude vybrán výhodný poměr pojiva a plniva, byla zvolena výsledná pevnost v tlaku a pevnost v tahu za ohybu. Pevnosti v tahu za ohybu a v tlaku byly stanoveny za použití zařízení (hydraulického lisu) Heckert, model FP100. Pevnost v tahu za ohybu byla stanovena tříbodovou ohybovou zkouškou a pevnost v tlaku jednoosou tlakovou zkouškou.

Z výsledků je vidět patrný trend. Přidáním jemného odpadního betonu dochází k lineárnímu poklesu pevnosti v tlaku až do 40 hm. % REC, následně je pevnost skoro konstantní až do 60 hm. % REC a následně dochází zase k lineárnímu poklesu až do 90 hm. % REC. V případě pevnosti v tahu za ohybu dochází k nárůstu hodnoty až do 60 hm. % REC a následně dochází k poklesu hodnoty až do 90 hm. % REC.

Z experimentu je patrné, že dále bude využit 60 hm. Vybraný poměr pojiva a plniva byl následně použit v rámci druhé fáze experimentálního vývoje lehčeného kompozitu.

Mezi sledovanými vlastnostmi byly dvě základní, které jsou důležité pro lehčené cementové kompozity, které lze následně využít pro obvodové konstrukce. Jedná se o pevnost v tlaku, která určí zatížitelnost materiálu, a součinitel tepelné vodivosti, který určí tepelněizolační vlastnosti materiálu.

Mechanické vlastnosti byly stanoveny na hydraulickém lisu Heckert FP100, jedná se o pevnost v tlaku se zatěžovací plochou 150 × 150 mm, zkouška byla řízena posunem o konstantní rychlosti 1 mm/min. Porovnání průměrných hodnot je patrné z obr. 3. Výsledky korespondují s hodnotami objemových hmotností (tab. 2). Rozdíl hodnot mezi sadou A a D je více než dvojnásobný.

Tepelná vodivost byla stanovena pomocí analyzátoru přenosu tepla ISOMET 2104 s přesností 5 %. Zařízení používá dynamickou metodu, která je založena na monitorování odezvy zkoumaného materiálu na impulsy tepelného toku. Hodnota součinitele tepelné vodivost nám přímo určuje tepelněizolační vlastnosti materiálu, neboť představuje rychlost, s jakou se teplo šíři skrze materiál. Čím nižší hodnota součinitele tepelné vodivosti, tím se materiál chová více jako teplotní izolant.

Závěr

Představili jsme problematiku efektivního využití odpadní frakce 0/1 mm betonu, která byla použita do vylehčené kompozitní směsi, určené především pro obvodové pláště budov. Podle složení a poměru jednotlivých složek mohou vzniknout materiály s proměnnými užitnými vlastnostmi, jako je pevnost v tlaku a součinitel tepelné vodivosti. Oba uvedené parametry jsou závislé na výsledné objemové hmotnosti.

Nový vylehčený materiál na bázi upraveného betonového recyklátu je unikátní v tom, že k upravenému recyklátu je přidaný jen cement, recyklovaná polypropylenová vlákna, provzdušňovací přísada (pěna) a plastifikační přísada.

Při spojování lehčených bloků při zdění je možné využít také cementový kompozitní materiál na bázi cementu a upraveného betonového recyklátu bez přídavku nového kameniva. Obdobě by šlo použít omítku a lepidlo pro tepelnou izolaci při zateplení obvodového pláště a vyrobit tak celý stavební systém na bázi recyklátu bez přidaného nového kameniva.

Recyklovaný beton: Moderní přístup ke stavebnictví

Recyklovaný beton se stává stále důležitější součástí moderního stavebnictví. V době, kdy je udržitelnost a ekologie klíčovým tématem, nabízí tento materiál praktické, ekonomické a ekologické výhody.

Recyklovaný beton vzniká drcením a zpracováním starého betonu z demolovaných staveb nebo přebytečných betonových prvků. Tento materiál se následně znovu používá jako plnivo nebo základní složka pro nové betonové směsi. Využití recyklovaného betonu je klíčové pro udržitelnost a ekologii ve stavebnictví, protože snižuje množství stavebního odpadu a spotřebu přírodních surovin, jako je štěrk a písek.

Výhody recyklovaného betonu

• Ekologické přínosy: Snížení množství odpadu na skládkách, nižší spotřeba přírodních zdrojů, menší uhlíková stopa.
• Ekonomická efektivita: Nižší náklady na materiál a dopravu, možnost využití lokálních zdrojů.
• Technické vlastnosti: Při správném zpracování má recyklovaný beton srovnatelné vlastnosti s běžným betonem.

Možnosti využití recyklovaného betonu ve stavebnictví

Recyklovaný beton lze využít v celé řadě stavebních aplikací. Zde jsou některé z nejběžnějších způsobů jeho použití:

1. Základové vrstvy a podkladní vrstvy komunikací: Jedním z nejčastějších způsobů využití recyklovaného betonu je jeho použití jako podkladní vrstva pro silnice, chodníky a parkoviště. Díky své pevnosti a odolnosti je ideální pro tyto účely a zároveň výrazně snižuje náklady na výstavbu.
2. Výroba nového betonu: Recyklovaný beton lze použít jako náhradu za přírodní kamenivo při výrobě nového betonu. V závislosti na kvalitě recyklátu se může použít buď částečně, nebo zcela nahradit tradiční plniva.
3. Prefabrikované stavební prvky: Recyklovaný beton se uplatňuje také při výrobě prefabrikovaných prvků, jako jsou obrubníky, dlaždice, zídky nebo plotové panely. Tyto prvky mají srovnatelnou kvalitu s výrobky z tradičního betonu, ale jsou ekologičtější.
4. Zahradní a krajinářské úpravy: V zahradní architektuře se recyklovaný beton používá jako dekorační kámen, výplň do gabionů nebo jako materiál pro zpevnění svahů. Jeho využití v těchto oblastech přispívá k estetice i ekologii prostoru.
5. Dočasné stavební konstrukce: Na staveništích se recyklovaný beton často používá pro dočasné cesty, rampy nebo zpevnění ploch. Po dokončení stavby lze tento materiál znovu recyklovat, což zvyšuje jeho udržitelnost.

Srovnání: Recyklovaný vs. tradiční beton

Praktické rady pro využití recyklovaného betonu

• Spolupracujte s certifikovanými dodavateli: Kvalita recyklovaného betonu závisí na způsobu jeho zpracování. Vybírejte dodavatele, kteří dodržují normy a mají zkušenosti.
• Nechte si provést laboratorní testy: Před použitím recyklovaného betonu v nosných konstrukcích doporučujeme provést testy pevnosti a trvanlivosti.
• Využívejte recyklovaný beton tam, kde je to nejefektivnější: Například v podkladních vrstvách, výplních nebo na dočasných stavbách.
• Informujte se o místních předpisech: V některých regionech může být použití recyklovaného betonu regulováno nebo podporováno dotacemi.

Ekologické a legislativní aspekty

Evropská unie i Česká republika kladou stále větší důraz na udržitelnost ve stavebnictví. Podle směrnice EU o odpadech by mělo být do roku 2025 recyklováno minimálně 70 % stavebního a demoličního odpadu. Využití recyklovaného betonu je jedním z klíčových nástrojů, jak tohoto cíle dosáhnout.

V České republice se recyklace betonu řídí normou ČSN EN 206 a dalšími technickými předpisy. Tyto normy stanovují požadavky na kvalitu, složení a způsob použití recyklovaného kameniva v betonu.

Budoucnost recyklovaného betonu

Technologie zpracování recyklovaného betonu se neustále vyvíjejí. Moderní drtiče a třídicí zařízení umožňují získat kvalitní recyklát s minimálními nečistotami. Výzkum se zaměřuje na zlepšení vlastností recyklovaného betonu, například přidáním polymerů nebo nanomateriálů pro zvýšení pevnosti a trvanlivosti.

V budoucnu se očekává, že recyklovaný beton bude běžnou součástí každé stavby. Jeho využití bude podporováno nejen legislativou, ale i rostoucím tlakem veřejnosti na ekologická řešení.

tags: #recyklace #čerstvého #betonu #proces

Oblíbené příspěvky:

• Recyklace Kelímků na Kávu
• Řešení problematiky elektroodpadu
• Koriandr v českých podmínkách
• Kreslení přírody pro začátečníky
• Péče o Melanotaenia boesemani