Stavebnictví je odvětví, které produkuje nejvíce odpadu ze všech průmyslových oborů. V Evropské unii se jedná téměř o 2,5 miliardy tun ročně, což představuje 33 % z celkového množství. Recyklace odpadního betonu probíhá nejčastěji ve formě jeho předrcení a následném využití jako plniva v novém betonu. Tímto způsobem je ovšem zpracována pouze hrubá frakce (> 1 mm). Naopak v případě velmi jemné frakce (< 1 mm) stále neexistuje ideální řešení, které by umožnilo její použití v širším měřítku. Odpadní beton přitom obsahuje nehydratované části betonové pasty, které představují cennou surovinu. V současnosti se zkoumají cesty, jak ji reaktivovat a znovu využít při výrobě nového materiálu. Jednou z těchto cest je mechanická aktivace, která představuje proces velmi jemného mletí.
Princip mechanické aktivace
Princip mechanické aktivace recyklovaného betonu pomocí vysokorychlostního mletí je prostý. Během mletí odpadní cementové pasty jsou odhalena zrna nehydratovaných slínků. Díky tomu mohou být zapojena do nových hydratačních procesů. Jejich množství je přímo závislé na typu použitého cementu a stáří odpadního betonu a obecně se pohybuje v rozmezí 10 až 20 hm. %.
Pakliže jsou efektivně aktivována, mohou posloužit jako částečná náhrada pojiva při výrobě nových materiálů. Zbytek sestává z inertních částic a v nových směsích tedy přebírá funkci mikro-plniva. Tvar a struktura jemných inertních částic má nejvýznamnější dopad na výsledné vlastnosti čerstvého a zatvrdlého betonu. Betonová směs s dobře tvarovanými, zaoblenými a hladkými částicemi vyžaduje menší množství vody při zachování vynikající zpracovatelnosti čerstvé směsi.
I když mechanická aktivace odebírá elektrickou energii na pohon mlýnů, absence vysokých teplot celkovou spotřebu podstatně redukuje. Některé zmíněné metody pro recyklaci betonu jsou totiž náročné na spotřebu energií a významnou emisivitu CO2, což mechanická aktivace pomáhá snižovat.
Experimentální zjištění efektivity reaktivace
Pro zjištění efektivity mechanické reaktivace byla použita kombinace metod popisujících tvar a fázové složení vzniklých zrn. Sledována byla recyklace tří různých odpadních betonů, které se vzájemně lišily stářím, způsoby využití a výroby.
Čtěte také: Cementová hydroizolace Krystalizol
Použité materiály
V rámci výzkumu byly použity tři druhy odpadního betonu:
- Vysloužilé prefabrikované železniční pražce typu PB 2 a SB 8 (stáří 20 až 50 let).
- Betonové odvodňovací žlaby (stáří několik jednotek let).
- Železobetonový sloup z demolované betonové monolitické haly zrušené továrny Walter Motors (postavené v roce 1911).
Ve všech případech byl odpadní beton nejprve hrubě rozdrcen pomocí stavebních hydraulických nůžek. Z drcené směsi byla separována frakce 0-2 mm, která byla posléze mleta pomocí vysokorychlostních mlýnů Lavaris. Z uvedených materiálů byly navíc vyrobeny vzorky pro testování makromechanických vlastností. Složeny byly z 50 hm. % portlandského cementu CEM I 42,5R a 50 hm. % jemně mletého betonového recyklátu. Vodní součinitel, tedy hmotnost vody k celkové hmotnosti suché směsi, byl roven hodnotě 0,35. Pro každý recyklát byla vytvořena sada sestávající z pěti vzorků o velikosti 40 × 40 × 160 mm.
Metody testování
Vhodnost a potenciál jednotlivých recyklátů byly sledovány pomocí:
- Granulometrie: Pro zjištění efektu vysokorychlostního mletí. Velikost zrn mechanicky aktivovaných recyklátů byla stanovena pomocí laserového granulometru v režimu tzv. suché metody. Mezi hledané parametry patřily propady d10, d50 a d90, a také tzv. Sauterův průměr, který je klíčový pro budoucí aktivitu recyklátu.
- Elektronové mikroskopie (SEM): Pro stanovení množství slínkových materiálů a tvaru jednotlivých zrn. Analyzovány byly leštěné vzorky pokryté tenkou vrstvou uhlíku. Kvalitativní a kvantitativní analýza chemického složení vzorků byla provedena rentgenovou mikroanalýzou. Obrazová analýza ze snímků pomocí detektoru zpětně odražených elektronů poskytla informaci o místních materiálových změnách (fázový kontrast). Výpočet zastoupení jednotlivé fáze byl proveden pomocí softwaru Phase Analyser 1.1 a struktura a charakter jednotlivých částic pomocí softwaru ImageJ-Analyze. Sledovány byly parametry jako kruhovitost, kulatost a poměr os.
- Mechanické experimenty: Destruktivní testy 28 dnů starých cementových past pro zjištění hodnot pevnosti vzorků v tahu za ohybu (tříbodový ohyb) a v tlaku (jednoosá tlaková zkouška).
Výsledky a diskuse
Laserová granulometrie ukázala, že mechanicky aktivovaný recyklát z betonového pražce je výrazně hrubší než referenční cement, což lze přisuzovat vysokým mechanickým pevnostem původního materiálu. V hodnocení Sauterovy hodnoty, která je nepřímo závislá na měrném povrchu zrn, si nejlépe vedl recyklát z betonového sloupu, který dokonce překonal referenční cement.
Výsledky analýzy z elektronového mikroskopu, které vyšetřily tvar více než 91 000 zrn z každého materiálu, ukázaly, že nejlepších hodnot kruhovitosti (0,84) a kulatosti (0,85) dosáhl recyklát ze sloupu. Poměr os byl u všech recyklátů obdobný (2,0), což poukazuje na mírně podlouhlý tvar zrn.
Čtěte také: Použití bílých cementových cihel
| Materiál | Kruhovitost | Kulatost | Poměr os |
|---|---|---|---|
| Referenční cement | N/A | N/A | N/A |
| Recyklát ze sloupu | 0,84 | 0,85 | 2,0 |
| Recyklát z pražce | N/A | N/A | 2,0 |
| Recyklát ze žlabu | N/A | N/A | 2,0 |
Z obrazové analýzy byly patrné 4 fáze podle odstínu šedi: bíle nezhydratované slínky, světle šedě cementová matrice, šedě plnivo a tmavě šedě až černě epoxid. Hlavní sledovanou fází byly nezhydratované slínky. Jako nejvhodnější materiál pro recyklaci pomocí mechanické aktivace se jeví odpadní beton ze sloupu, což potvrdily i mechanické experimenty. Tento materiál dosáhl v pevnosti v tlaku 67,36 ± 2,79 MPa, což je přibližně o 25 MPa méně než referenční cement a o 17 MPa více než recyklát ze žlabu. Pevnost v tlaku recyklátu z pražců byla o 3 MPa nižší než u recyklátu ze sloupu, ale jeho pevnost v tahu za ohybu jasně dominovala, když jako jediná přesáhla hodnotu 6 MPa. Zajímavostí je, že pevnost v tahu za ohybu všech vzorků s recyklátem byla vyšší než u referenčního cementu.
Práce se zabývala využitím vysokorychlostního mletí pro recyklaci starého betonu. Testovány byly tři vzorky odpadního betonu: recyklát ze železničního pražce, odvodňovacího žlabu a nosného monolitického sloupu. Ze všech zmíněných dosáhl nejlepších vlastností recyklát z monolitického sloupu. Vykazoval největší množství nehydratovaných slínků, dostatečnou jemnost zrn a jejich nejvhodnější tvar. Téměř nejlepších výsledků dosáhl i při mechanickém testování. V těsném závěsu se umístil recyklát z mechanicky aktivovaného pražce. V obou příkladech se jedná o starý betonový prvek, u kterých se používaly v hojné míře belitické cementy.
Typy betonových směsí a jejich aktivace
Betonová směs je kombinace pojiva (cementu), písku, kameniva a záměsové vody, často doplněná o různé chemické přísady, které upravují vlastnosti čerstvého i zatvrdlého betonu. Správně navržená betonová směs určuje, jak bude výsledný beton pevný, odolný proti mrazu, vodě nebo chemikáliím a jak se bude chovat při ukládání na stavbě.
Kreativní betonová směs od Cementum
Kreativní betonová směs od Cementum je speciálně navržena pro výrobu dekorativních a kreativních betonových prvků, jako jsou malé květináče, mísy a další nekonstrukční výrobky. Směs se skládá ze suché a tekuté složky, které se míchají v poměru 10:1, což zajišťuje snadnou přípravu a použití. Díky maximálnímu zrnu 0,8 mm je směs ideální pro produkty s tloušťkou stěny od 5 mm. Tato flexibilní směs je dostupná v mnoha variantách, což umožňuje vytváření různých betonových projektů podle vašich představ. Bílou variantu směsi lze skvěle probarvovat pigmenty do betonu. Jedná se o směs vysokohodnotného betonu s velmi vysokou trvanlivostí a pevností (min. 70 MPa v tlaku a min. 10 MPa v tahu za ohybu). Pro snadnější míchání směsi lze přidat až 15 g vody na 1 kg suché složky, což zvyšuje její zpracovatelnost. Přídavek vody však může snížit výslednou pevnost. Tato úprava je vhodná pro dekorativní prvky, kde maximální pevnost není rozhodující.
Betonová tkanina
Betonová tkanina nachází velmi dobré uplatnění ve stavebnictví. Je vyráběna ve formě pásů o šířce 1 m, resp. 1,1 m. Skládá se ze speciální polymerové matrice o síle 5 mm, 8 mm nebo 13 mm, která je vyplněna speciální cementovou směsí. Po instalaci a ukotvení je dostatečným přídavkem vody aktivována cementová náplň, čímž po vytvrdnutí vznikne kompaktní a pevný povrch s vlastnostmi betonu. Podle konkrétních nároků na pevnost a vodotěsnost lze jednotlivé pásy různými způsoby spojovat. Mohou se pokládat s přesahem, spojovat vruty a sponkami, sešívat, lepit tmelem či stavebním lepidlem nebo termicky fixovat po nahřátí vrstvy PVC. Hlavními výhodami betonové tkaniny je zásadní snížení nákladů na dopravu materiálu, výrazná redukce počtu pracovníků a techniky pro instalaci, možnost použití i v nepříznivých povětrnostních podmínkách, absence potřeby bednění, minimalizace vzniku odpadů a konstantní kvalitativní parametry při dodržení podmínek použití.
Čtěte také: Průvodce světem malty
MasterMatrix LF - stabilizační přísada
MasterMatrix LF je nová stabilizační přísada, která byla vyvinuta společností Master Builders Solutions s cílem zlepšit stabilitu a homogenitu betonu. Dokáže kompenzovat 50 až 70 kg jemných částic (částic o průměru < 250 μm) na m³ betonu, případně 30-40 litrů cementové pasty. Označení „LF“ v názvu znamená „low fines“ (nižší množství jemných částic).
Je obecně známo, že „dobře zpracovatelný“ beton vyžaduje určitý obsah jemných částic, aby bylo dosaženo požadované kvality, tj. homogenního stavu směsi, která se snadno lije, čerpá a ukládá. Beton s nedostatkem jemných částic je náchylný k segregaci a špatné čerpatelnosti. V důsledku toho je ukládání betonu složitější a trvá déle. Ideální množství jemných podílů ve směsi bylo tradičně dosahováno kombinací běžných komponent - cementu, drobného kameniva a příměsí nahrazujících cement (supplementary cementitious materials - SCMs) jako jsou popílek, vápenec nebo struska.
Problémy s nedostatkem jemných částic
V současné době v betonu často chybí potřebný obsah jemných částic z několika důvodů:
- Dostupnost popílku a strusky se neustále snižuje.
- Dávkování cementu se snaží snížit na minimum, aby se redukovaly vyprodukované emise CO2.
- Dostupnost kvalitního drobného kameniva se snižuje, což nutí výrobce betonu k hledání způsobů, jak používat méně kvalitní, ale snadno dostupné písky.
MasterMatrix LF zajišťuje stabilitu a homogenitu betonových směsí a pomáhá řešit složení receptury v podmínkách s nedostatkem vhodných surovin. Snižuje potřebu dávkování většího množství cementu nebo příměsí, což výrazně snižuje náklady. Přísada MasterMatrix LF byla navržena tak, aby zajistila stabilitu betonu, který obsahuje cement s nízkým obsahem slínku a sníženou dávku vody.
Mechanismus působení MasterMatrix LF
Účinnost technologie MasterMatrix LF je zajištěna pomocí kombinace dvou mechanismů:
- Optimalizace reologie: Je zajištěna pomocí navržených polymerů, které zlepšují stabilitu a homogenitu s pouze mírným zvýšením plastické viskozity. Na rozdíl od tradičních přísad modifikujících viskozitu, u MasterMatrix LF nová molekula vytváří síť, která k sobě váže všechny částice. Síla těchto vazeb závisí na smykovém napětí působícím v betonové směsi. Když je smykové napětí nízké, nedochází k segregaci těžších částic zvýšením plastické viskozity matrice. Při zvýšení smykového napětí se síť částečně uvolní a viskozita se sníží. V praxi tento efekt dává betonu požadovanou reologii od výroby až po ukončení tuhnutí.
- Tribologický efekt s třením/rozptylem energie: Tento lubrikační efekt funguje podobně jako u mechanických ložisek, kde MasterMatrix LF obklopuje pevné částice uvnitř betonové směsi, aby se snížilo tření mezi částicemi a došlo k rozptýlení energie.
Další speciální betonové směsi
V současnosti najdeme jen málo stavebních realizací, kde bychom se zcela obešli bez tak stěžejního materiálu, jakým je beton. Pro jeho rozsáhlé použití je však vždy důležité zvolit správnou směs, určenou pro danou konstrukci. Odlišnosti mezi jednotlivými typy betonů je potřeba hledat v jejich složení a také v technologii výroby.
Expanzivní cementová směs Baumit FillBeton
Tam, kde je potřeba zalití železobetonových konstrukcí, injektáž dutin nebo zmonolitnění velkorozměrových skeletů, se využívá expanzivní cementová směs Baumit FillBeton. Vedle schopnosti zvětšovat svůj objem v místě aplikace.
Lehčená betonová směs Baumit PorBeton
Pro specifické případy, například při rekonstrukcích historických objektů, kde navíc vyžadujeme tepelněizolační vlastnosti a předepsaný stupeň požární ochrany, je určena lehčená betonová směs Baumit PorBeton. Snížené zatížení konstrukce je dáno obsahem keramického kameniva v této betonové směsi.
Rychletuhnoucí beton Baumit FixBeton
Kutilové a zahrádkáři ocení vlastnosti suché betonové směsi Baumit FixBeton. Jedná se o rychletuhnoucí beton pro drobné stavební práce, který je vhodný například pro betonování sloupků zahradních plotů, zábradlí či dopravního značení. Umožňuje zpracování dvěma základními způsoby: smícháním s vodou v nádobě nebo nasypáním suché směsi do vyhloubeného otvoru a zalitím vodou, kde se směs sama nasytí vodou. V druhém případě se tuhnutí zkracuje na 3 minuty a lehká zatížitelnost je možná již po 30 minutách, bez potřeby elektrické energie, míchadla či nádoby pro míchání.
Různé typy betonů pro specifické účely
- Lehčený beton: Představuje odlehčenou formu klasického betonu, vzniká spojením sypké izolační drti z recyklovaného polystyrenu a cementu. Využívá se všude tam, kde je klasický beton přílišnou hmotnostní zátěží.
- Vláknobeton: Obsahuje polypropylenová vlákna, jež mají za úkol zachycovat napětí vytvářené objemovými změnami betonu.
- Drátkobeton: Obsahuje ocelovou výztuž (profilované ocelové drátky) a má vysoký stupeň využitelnosti v subtilnějších konstrukcích. Díky rozptýlené výztuži mají drátkobetony zlepšenou únavovou pevnost a také houževnatost.
- Keramzitbeton: Je 2x lehčí než beton klasický a ve srovnání s ním má až 10x lepší tepelně izolační vlastnosti. Díky přimíchávanému keramzitu dokáže následně vytvořená podlaha tlumit zvuk a zajistí betonovému povrchu vysokou elasticitu.
- Potěrové betony: Většinou používány v sypké formě, lze je upravit do roviny nebo vyspádovat. Využití naleznou i jako podlahy v interiéru.
- Lité betony: Vytvářejí v tekuté formě podklad pro finální podlahovou nášlapnou vrstvu. Jejich skvělá tepelná vodivost je předurčuje k využití pro začlenění podlahového topení.
- Vysokopevnostní beton: Extrémně pevný a odolný beton pro náročné projekty.
- Vodostavební beton: Navržen tak, aby odolával dlouhodobému působení vody a chemických látek.
- Vodopropustný beton Pervia: Inovativní beton s vysokou propustností pro vodu, který umožňuje rychlý odvod dešťové vody z povrchů.
- Samozhutnitelný beton Compacton: Dokáže se sám zhutnit bez nutnosti vibrování, ideální pro konstrukce se složitými tvary a hustou výztuží.
- Pěnobeton Poroflow: Lehký beton s pórovitou strukturou, který vyniká svými tepelně-izolačními a zvukově izolačními vlastnostmi.
- Vertua® beton: Ekologická volba, která snižuje uhlíkovou stopu projektu až o 50 % díky použití inovativních technologií a recyklovaných materiálů.
Technologie vymývaného betonu
Tato technologie zahrnuje položení čerstvé betonové směsi, uhlazení, opatření speciálním postřikem a po vytvrzení řízené vymytí tlakovou myčkou, které odhalí použité kamenivo. Na závěr se povrch impregnuje.
Naši technologičtí experti neustále vyvíjí inovativní řešení a speciální chemické přísady, které zlepšují či upravují vlastnosti betonových směsí. Díky tomu dosahujeme čím dál vyšší kvality realizovaných konstrukcí. Efektivním snížením obsahu záměsové vody potřebné pro zpracovatelnost je dosaženo větší pevnosti a odolnosti konstrukcí. Speciální metoda ztekucení betonu bez zvýšení podílu vody pomáhá k dosažení nadstandardní rovinatosti plošných konstrukcí, dokonale hutnosti stěnových konstrukcí bez nebezpečí defektů. Samozřejmostí je dnes úprava rychlosti tuhnutí betonu, což výrazně usnadňuje použití betonových směsí v letních nebo zimních měsících.
tags: #co #je #aktivovana #cementova #smes