Využití upraveného stavebního demoličního odpadu po tornádu na jižní Moravě

V článku jsou prezentovány experimentální výsledky při využití upraveného stavebního demoličního odpadu po tornádu na jižní Moravě v roce 2021.

V současné době je kladena snaha na maximální a efektivní využití stavebního a demoličního odpadu (dále SDO), tento materiál vzniká převážně řízeným způsobem při novostavbách, rekonstrukcích a především při demolicích.

V současné době jsou vyvíjené a hledané způsoby, jak už dopředu připravit projekt - předdemoliční audit, a to tak, aby byl celý proces maximálně efektivní (z mnoha hledisek) a získaný recyklát byl upravený vhodnými metodami nebo mechanismy tak, aby byl efektivně využitý, v ideálním případě už pro konkrétní aplikaci.

Na druhou stranu může vzniknout stavební a demoliční odpad při živelné katastrofě, typickým příkladem může být tornádo na jižní Moravě v roce 2021, nebo při lidské činnosti spojené s válkou nebo terorismem, typickým příkladem je dnes Ukrajina.

V obou případech pak „máme“ k dispozici SDO, kde nebylo možné dopředu rozhodnout, jak ho použít a v obou případech se dá předpokládat, že při obnově infrastruktury (objektů, rozvodů jako vody, kanalizace, komunikací atd.

Čtěte také: Jak recyklovat starý šicí stroj

Podle hodnocení Českého hydrometeorologického ústavu se jednalo o silné tornádo doprovázené savými víry, které dosáhlo síly F4. Prošlo úsekem dlouhým 26 kilometrů a širokým cca půl kilometru. Kriticky zasaženo bylo sedm obcí, nejvíce postiženy byly Moravská Nová Ves, Mikulčice, Hrušky, Lužice a městské části Hodonína Bažantnice a Pánov.

V rámci projektu byly tedy podniknuty dvě služební cesty. První služební cesta za účelem monitoringu objemu hald po tornádu pomocí dronů byla podniknuta ve dnech 12. až 13. června 2021. Předpokládalo se, že po tomto termínu budou všechny tři, nebo jen některé, skládky uzavřené, ale nestalo se tak. Zároveň byly ještě prováděny některé demoliční práce na objektech, a proto byla na žádost Odboru životního prostředí JmK naplánována druhá služební cesta na přelomu července a srpna 2021.

V rámci pomoci bylo vyzkoušeno využití dronu pro charakterizaci a určení kubatur odpadního materiálu. Zájmové oblasti deponií se nacházely v Hodoníně, Mikulčicích a mezi obcemi Hrušky a Moravská Nová Ves. Výška letu byla volena průměrně okolo 45 m s podélným a příčným překrytem 70 procent. Pro konstrukci modelu bylo využito křížové snímkování z vrchu, které bylo doplněno u vysokých deponií i ze stran. Osazení modelu do závazného polohového systému JTSK a výškového systému Bpv bylo provedeno využitím vlícovacích bodů v okolí deponií, které byly stabilizovány sololitovou deskou s černo-bílým křížem nebo vyznačením sprejem přímo na trosky v deponii.

Dále bylo rozhodnuto, že suť z živelné katastrofy bude recyklována a bude proveden výzkum na její aplikaci do betonu.

Recyklát byl nejdříve dopravený do recyklačního střediska společnosti Moravostav Brno v Modřicích. V recyklačním středisku upravený recyklát byl rozdělený do frakcí 0/4, 4/8 a 8/16 mm a dovezený na Fakultu stavební ČVUT v Praze. V rámci experimentu byla provedena charakterizace jednotlivých frakcí a ty byly použité do betonu jako náhrada části kameniva.

Čtěte také: Zodpovědný přístup k recyklaci kávových kapslí

Firma Moravostav Brno v rámci projektu provedla recyklaci sutě ze živelné katastrofy ve svém recyklačním středisku. Jednalo se o vzorek cca 10 tun materiálu z haldy Hrušky - Moravská Nová Ves, který obsahoval množství příměsí - velké kusy dřeva, plastové rámy oken, vodovodní a jiné potrubí, plastové folie atd. Před recyklací bylo nutné větší kusy příměsí odstranit (strojově - nakladačem rozhrnutí a ručně vybrání kusů nežádoucích příměsí). Poté byl vzorek předrcen na čelisťovém drtiči a roztříděn na tři frakce 0/8 mm, 8/32 mm, 32/63 mm. Frakce 32/63 mm byla v podstatě nepoužitelná, vzhledem k velkému množství nežádoucích příměsí (úlomky dřeva, plastů, skla atp.).

Pro každou sadu testů jsme připravili od každého materiálu 6 zkušebních vzorků. Jako testovací materiál jsme zvolili betonové krychle o rozměru hrany 150 mm. Použili jsme směs betonu obsahující portlandský cement CEM I 42,5 R (Mokrá). Dále jsme použili přírodní jemné kamenivo o frakci 0/4 mm, které pocházelo ze štěrkovny Dobříň, spadající pod společnost Cemex. Hrubé kamenivo bylo získáno z lomu Zbraslav a byly použité frakce 4/8 mm a 8/16 mm. Hrubé i jemné kamenivo bylo částečně nahrazeno recyklovaným materiálem, vytvořeným z odpadu po přírodní katastrofě na jižní Moravě.

Referenční beton měl následující složení: 300 kg/m³ cementu CEM I 42,5 R, 700 kg/m³ jemného kameniva frakce 0/4 mm, 538 kg/m³ hrubého kameniva frakce 4/8 mm, 601 kg/m³ hrubého kameniva frakce 8/16 mm a 165 kg/m³ vody. V dalších testovaných směsích byla část přírodního kameniva frakce 0/4 mm, 4/8 mm nebo 8/16 mm nahrazena recyklovaným materiálem v poměru 30, 50 a 100 obj. procent. Z důvodu vyšší nasákavosti recyklátu byl upraven vodní součinitel tak, aby byla zachovaná zpracovatelnost čerstvé směsi S1. Zpracovatelnost čerstvé směsi byla určena pomocí metody sednutí kužele.

Na Obrázku 5 jsou porovnané křivky zrnitosti použitého kameniva ve třech frakcích 0/4 mm, 4/8 mm a 8/16 mm pro referenční kamenivo (PK) a recyklované kamenivo (REC). V rámci jednotlivých frakcích je průběh křivky zrnitosti velice podobný, největší rozdíly jsou patrné u frakce 0/4 mm. Největší rozdíl mezi referenčním kamenivem a recyklovaným kamenivem je převážně způsoben množstvím jemných částic obsažených v recyklovaném materiálu.

Na Obrázku 6 jsou porovnány hodnoty objemových hmotností vyrobených betonových vzorků. Z výsledků je zřejmé, že při 100% nahrazení přírodního kameniva recyklovaným materiálem došlo k poklesu objemové hmotnosti o přibližně 10 %. Referenční směs měla objemovou hmotnost 2392 ± 5 kg/m³, zatímco nejnižší objemová hmotnost byla zaznamenána při 100% náhradě frakce 8/16 mm, a to 2180 ± 8 kg/m³. Popsaný pokles je způsoben vysokým obsahem cihelné složky ve směsném recyklátu, která má nižší objemovou hmotnost než přírodní kamenivo.

Čtěte také: Výzvy v recyklaci tvrzených plastů

Na Obrázku 7 jsou porovnány hodnoty pevností v tlaku po 28 dnech. Referenční směs dosahovala pevnosti 45 ± 5 MPa, což odpovídá betonu s pevnostní třídou C30/37. Na základě výsledků lze konstatovat, že při 100% nahrazení došlo k výraznému poklesu hodnot. Pro frakci 8/16 mm byl pokles až 40 % (27,2 ± 4 MPa), pro frakci 0/4 mm cca o 30 % (32,2 ± 4,5 MPa) a u frakce 4/8 mm okolo 20 % (35,2 ± 2,5 MPa). Při nahrazení 50 % recyklovaným kamenivem bylo dosaženo pro frakci 4/8 mm stejných hodnot jako pro referenční beton, zatímco pro frakce 0/4 a 8/16 mm byl zaznamenán pokles o 20 %, resp. 25 %. Při nahrazení 30 % recyklovaným kamenivem u frakce 4/8 mm bylo dosaženo asi o 8 % vyšších hodnot než u referenčního betonu. Jestliže se zaměříme na trendy pro jednotlivé frakce a závislost na procentuální náhradě, jsou zde jasně patrné trendy.

Na Obrázku 8 jsou porovnané hodnoty statických modulů pružnosti v závislosti na použité frakci a množství náhrady recyklátem. Referenční směs dosahovala hodnoty statického modulu pružnosti 32 ± 2,2 GPa. Z výsledků je patrné, že v tomto případě množství použitého recyklátu snižuje hodnoty statických modulů. Na druhou stranu můžeme konstatovat, že při 50% náhradě recyklovaným kamenivem se hodnota statického modul snížila pouze o cca 25 %.

Během experimentálního výzkumu jsme ověřili, že i netradiční recyklované kamenivo má potenciál být účinnou alternativou k přírodnímu kamenivu. Nicméně je klíčové si uvědomit, že i přesto, že použitý materiál pocházel ze stavebního a demoličního odpadu (SDO) z živelné katastrofy, prošel standardními úpravami v recyklačním středisku společnosti Moravostav Brno a.s.

Závěrečné shrnutí článku představuje důležité poznatky o využití SDO a jeho recyklaci, kde 100% nahrazení přírodního kameniva recyklovaným materiálem vedlo k poklesu objemové hmotnosti a pevnosti v tlaku betonových směsí. Dále, že recyklovaný materiál obsahoval různé příměsi, které bylo třeba před recyklací odstranit, což ovlivnilo konečné složení materiálu.

Výzkum na směsný SDO recyklát, kombinující jak recyklovaná jemná, tak hrubá kameniva, je v literatuře velmi omezený a vzácný. Nedostatečný výzkum je patrný z dostupné literaturu, kde jsou výzkumy převážně zaměřené na hrubou frakci, zatímco jen malá pozornost je věnována recyklaci jemné frakce [2, 3, 4, 5]. Nově publikované studie ukázaly, že začlenění recyklované jemné frakce má za následek produkci betonu s nižší spotřebou cementu [4]. Neznalost problematiky v kombinaci s nedostatkem znalostí mechanických vlastností směsného recyklátu přispěly k omezení jejich aplikací ve stavebnictví [6]. Nicméně nedávno publikované studie potvrdily vhodnost použití kameniva ze směsného recyklátu pro silniční povrchy [7] a jejich použitelnost v prefabrikované výstavbě a betonu s vysokou pevností [8].

Komentář recenzenta doc. Ing. Miroslav Škopán, CSc., VUT v Brně, Asociace pro rozvoj recyklace stavebních materiálů v České republice (ARSM): Z hlediska zvoleného tématu je článek velmi zajímavý i aktuální. V současnosti se oblast recyklace SDO zaměřuje mimo jiné i na zvýšení kvality stavebních a demoličních odpadů, které vstupují do procesu recyklace s cílem dosáhnout výrobu co nejkvalitnějších jednodruhových recyklátů vhodných jako plnivo do stavebních hmot - zejména betonů.

V článku je provedeno posouzení vhodnosti použití směsného stavebního recyklátu ze SDO, který vznikl při živelné katastrofě (tornádu na Jižní Moravě dne 24. 6. 2021). O využití takto vzniklých směsných stavebních a demoličních odpadů je v dostupné literatuře minimum zmínek.

V článku jsou prezentovány výsledky výzkumu využití takto vzniklého stavebního a demoličního odpadu při výrobě betonů s různým podílem směsného recyklátu. Pro účely výzkumu bylo odebráno cca 10 tun směsného SDO, ze kterého byly v rámci jeho zpracování odstraněny nežádoucí přiměsi (např. dřevo, plasty, kov atd.) a poté byl zrecyklován (předrcen a přetříděn) běžně dostupným strojem pro recyklaci SDO. Tento produkt byl v různých poměrech a granulometrickém složení dále využit jako plnivo při výrobě betonu.

Dosažené výsledky potvrdily dosud známé zkušenosti se změnou vlastností vyrobeného betonu (zejména pevnosti a statického modulu pružnosti) při využití recyklátů. Celkově se prokázalo, že i takto vzniklé SDO je možné částečně a s určitou mírou opatrnosti využít při výrobě betonů s nižšími požadavky na jejich pevnost, z čehož vyplývá i omezení jejich použití.

Podle mého názoru by si tato problematika zasloužila ještě podrobnější výzkum s větším množstvím vzorků, což však by však bylo spojené s podstatně vyššími náklady na výzkum. Po stránce odborné nemám žádné připomínky a doporučuji článek k otištění.

Seznam použité literatury:
• Sainz, F. A., Rodriguez, A. R., Munoz, A. B., Galvín, A., & Romero, J. (2012). Real Application of Cement Treated Mixed Recycled Aggregates on Road Bases in Malaga, Spain.
• Castaño-Cardoza, T., Linsel, S., Alujas-Diaz, A., Orozco-Morales, R., & Martirena-Hernández, J. F. (2016). Influence of very fine fraction of mixed recycled aggregates on the mechanical properties and durability of mortars and concretes.
• Evangelista, L., Guedes, M., De Brito, J., Ferro, A. C., & Pereira, M. F. (2015). Physical, chemical and mineralogical properties of fine recycled aggregates made from concrete waste.
• Ulsen, C., Kahn, H., Hawlitschek, G., Masini, E. A., & Angulo, S. C. (2013). Separability studies of construction and demolition waste recycled sand.
• Silva, R. V., & de Brito, J. (2019). Helping structural designers to use recycled aggregate concrete. In New Trends in Eco-efficient and Recycled Concrete (pp. 527-540).
• Agrela, F., Barbudo, A., Ramírez, A., Ayuso, J., Carvajal, M. D., & Jiménez, J. R. (2012). Construction of road sections using mixed recycled aggregates treated with cement in Malaga, Spain.
• Gonzalez-Corominas, A., & Etxeberria, M. (2014). Properties of high performance concrete made with recycled fine ceramic and coarse mixed aggregates.
• Juan-Valdés, A., Rodríguez-Robles, D., García-González, J., Guerra-Romero, M. I., & Morán-del Pozo, J. M. (2018). Mechanical and microstructural characterization of non-structural precast concrete made with recycled mixed ceramic aggregates from construction and demolition wastes.

tags: #recyklace #stavebního #materiálu #Bzenec

Oblíbené příspěvky:

• Mariánské Lázně: Recenze
• Druhy a výhody ekologických výplní
• Kosmický odpad okolo Země
• Legislativa environmentálního dohledu vodních děl
• Ochrana přírody v Modravě