Strusky jako vedlejší produkty hutní výroby patří k významným alternativním zdrojům nahrazujícím přírodní suroviny. Menším zdrojem strusek mohou být i jiné termické nebo spalovací procesy. V první části článku je stručně popsána struska včetně základního dělení na vysokopecní a ocelárenskou. Pod pojmem struska si můžeme představit celou řadu různých materiálů.
Vysokopecní struska a její využití
Vysokopecní struska vzniká z odpadové taveniny při výrobě železa ve vysokých pecích. Ve vysoké peci při výrobě surového železa na sebe struska naváže veškeré neželezné části železné rudy. Během takzvaného odpichu vysoké pece vytéká finální vysokopecní struska společně se surovým železem o teplotě 1450 stupňů Celsia. Oba materiály odděluje odlišná hustota.
Pokud tato struska chladne pomalu na vzduchu, vznikne hydraulicky neaktivní materiál nadále objemově stálý, který se po drcení a třídění používá jako běžný zásypový materiál na stavbách pozemních komunikací. Pokud se žhavá vysokopecní tavenina prudce zchladí proudem tlakové vody, vznikne granulovaná struska se zrny o velikosti cca 5 mm s hlubokými otevřenými póry. V minulosti byla někdy využívána jako lehčené plnivo do betonu.
Obvykle se ale granulovaná struska jemně mele a uplatňuje se jako žádaná latentně hydraulická příměs buď samostatně dávkovaná při výrobě betonu, nebo častěji jako hlavní složka směsných cementů. Její hydraulická aktivita stanovená po třech měsících a později, jež je vyjádřena indexem účinnosti, bývá > 100 % ve srovnání s cementem bez strusky.
Umělé kamenivo z vysokopecní strusky
Příspěvek popisuje umělé kamenivo vyráběné recyklací vzduchem chlazené vysokopecní strusky z kladenské haldy Koněv. Kladenské hutě vznikaly v průběhu 19. století, výroba surového železa nabyla na intenzitě zejména koncem 19. století, kdy se v okolí hutí začaly vytvářet haldy z vyvážené vysokopecní strusky. Halda Vojtěšské huti, později zvaná Koněv, je tvořena převážně vysokopecní struskou vyváženou od druhé poloviny 19. století až do roku 1970, kdy byla navážka ukončena. Halda obsahuje více než 10 miliónů tun suroviny tvořené především vysokopecní vzduchem chlazenou struskou v menší míře doprovázenou zbytky vyzdívek a doprovodnými popelovinami.
Čtěte také: Cementem zpevněné kamenivo
Odtěžování a zpracování vysokopecní strusky z haldy místní huti Koněv začíná až v roce 1998 firma Miroslav Karas - Destro. Recyklace uložené vysokopecní strusky a nově přijímaných stavebních a demoličních odpadů probíhá na dvou dispozičně oddělených linkách. Samozřejmostí je průběžné sledování kvality vyráběného umělého kameniva výrobcem a dlouholetý externí dozor řízení výroby podle nařízení Evropského parlamentu (EU) a Rady č. 305/2011 [4] a nařízení Evropského parlamentu (EU) a Rady č. 547/2014 [5] oznámeným subjektem č. 1392, Zkušebnou kamene a kameniva, s.r.o.
Tímto způsobem vyráběné umělé kamenivo splňuje všechny požadavky na kamenivo určené pro použití v inženýrských a silničních stavbách podle ČSN EN 13242+A1 a ČSN EN 13285. Společnost Miroslav Karas - Destro, dodala za dobu své činnosti na stavební trh již více jak 2 000 000 tun výrobků z recyklované strusky určených především pro pozemní komunikace a inženýrské stavby v regionu středních Čech.
Vlastnosti umělého kameniva z recyklované vysokopecní strusky
- Vyšší nasákavost všech frakcí daná strukturou vzniklou v průběhu chladnutí. Nasákavost zrn se pohybuje na úrovni 4 % až 8 % hm. [3], ovšem na rozdíl od přírodního kameniva specifický charakter pórovité struktury přesto zaručuje vysokou mrazuvzdornost kameniva, stupeň F2 [3], vyhovující i pro výrobu betonu odolných mrazu a rozmrazovacích solí pro většinu běžných konstrukcí s projektovanou životností 50 let [7].
- Nižší objemová hmotnost kameniva na úrovni cca 2 400 kg/m3 [3] je dalším charakteristickým rysem ovlivněným vyšší porozitou materiálu. Přesto si kamenivo zachovává dostatečně vysokou pevnosti v tlaku, umožňující použití do běžné výroby betonů pevnostní třídy C 50/60 [9].
- Zrna mají velmi ostré lomové hrany vznikající při drcení, přičemž tvarový index je velmi příznivý.
Navážení haldy bylo ukončeno už v roce 1970, struska je tudíž uložená téměř 50 až 150 let, což je více než dostatečná doba pro eliminaci přirozené rozpadavosti a rekrystalizace struskových minerálů.
Kombinované recykláty
Další skupinu výrobků, vyráběných na druhé oddělené recyklační lince, představují třísložkové recykláty, které obsahují pouze část vysokopecní recyklované strusky (25 % hm.), doplněné recyklovaným betonovým kamenivem (25 % hm.) a recyklovaným stavebním a demoličním odpadem (50 % hm.).
Ocelárenská struska
Pod pojmem ocelárenská struska je myšleno více různých produktů vznikajících při výrobě a zušlechťování oceli. Používání ocelárenské strusky jako zásypového materiálu provází obavy z její objemové nestability, a je tedy velmi opatrné. Jako kamenivo do betonu se nepoužívá vůbec. Důvodem jsou především obavy z pomalého a dlouhodobého rozpadu a objemových změn. K těmto změnám přispívá hydratace volného vápna (CaO), hydratace perikasu (MgO), karbonatace vápenatých a hořečnatých hydroxidů, polymorfní přeměna dikalcium silikátů a reakce aluminátů.
Čtěte také: Vlastnosti SC kameniva
Ocelárenské strusky z moderních provozů obsahují obecně méně MgO. Snižování expanzního potenciálu ocelárenské strusky lze provádět v průběhu výroby oceli vháněním kyslíku a suchého písku do tekuté strusky, což výrazně snižuje obsah volného vápna a již zmiňovaného MgO. Zkouška objemové stálosti strusek se u nás provádí dle TP 138 přílohy A.
Výzkum a inovativní využití ocelárenské strusky
Ve snaze najít vhodné uplatnění vedlejších produktů hutní výroby byla ve spolupráci Třineckých železáren, Hornicko-geologické fakulty VŠB-TU Ostrava a zkušební laboratoře společnosti Betotech provedena řada zkoušek ocelárenské strusky z Třince. Zkoušky vzorků této ocelárenské strusky byly v posledních šesti letech prováděny opakovaně na VŠB i v laboratoři společnosti Betotech, některé analýzy byly dodány Třineckými železárnami.
Na základě výsledků pak byly navrženy receptury betonu s 60% náhradou přírodního kameniva touto ocelárenskou struskou. Při dávce portlandského cementu 400 kg bylo ve směsi kromě přírodního kameniva téměř 1 000 kg ocelárenské strusky frakce 0 - 8 mm. Čerstvý beton měl konzistenci sednutím S4 a obsah vzduchu 6,6 %. Jednalo se zkrátka řečeno o jemnější beton, který byl dobře zpracovatelný a schopný čerpání. Vzorky ztvrdlého betonu měly pevnost v tlaku po 28 dnech 44 MPa, po 90 dnech 48 MPa. Nejvíce nás překvapily odolností proti CHRL, kdy odpady po 28 dnech zrání činily po 150 zmrazovacích cyklech průměrně 150 g/m2.
Pro podrobnější zhodnocení byly z jednoho silničního panelu odebrány zkušební vzorky. Tlakové pevnosti na vývrtech dosáhly až 58 MPa a při zkoušce na odolnost proti CHRL odpady po 100 cyklech nepřesáhly 500 g/m2.
Ocelárenská struska nemusí být vždy materiálem vhodným jen na nenáročné zásypy, popřípadě odpadem, který se ukládá na nekonečné skládky. Ba právě naopak - ocelárenská struska použitá v betonu může přispět k rozumnějšímu hospodaření s přírodními zdroji, a tedy k udržitelnému rozvoji průmyslu. Pokud známe její vlastnosti a rozsah jejich kolísání, lze alespoň některé strusky použít pro výrobu betonů pro různá prostředí.
Čtěte také: Více o Želechovicích a jejich kameni
Příklady použití těžkého betonu s ocelárenskou struskou
Pro splnění požadavků Třineckých železáren byla vyrobena řada silničních panelů a několik svodidel, která byla umístěna na frekventovaném úseku v areálu Třineckých železáren. Betonové prvky byly zhotoveny v prefa závodě společnosti Eurovia, beton dodávala společnost Českomoravský beton. Po roce prefabrikáty vizuálně nejevily žádné vážné známky porušení.
Jedná se o první prototypy vyrobené z unikátního betonu, které jsou testovány ve venkovních podmínkách. Jsou zhotoveny z nového těžkého betonu s objemovou hmotností vyšší než 2 900 kg/m3, který je tvořen vhodnou kombinací poměru ocelárenské strusky a vedlejších produktů hutní výroby. Díky své vysoké objemové hmotnosti může být tento těžký beton použit i pro stínicí konstrukce proti ionizujícímu záření v nemocnicích, laboratořích či jaderných elektrárnách. Může také sloužit jako výplň sudů pro uložení radioaktivního odpadu, neboť podle dosavadních zkoušek má až 1,86× lepší stínicí vlastnosti v porovnání s běžným betonem, který se v současnosti používá.
Využití strusky a kameniva ve stavebnictví
Vysokopecní struska jako násypový materiál, stejně jako kamenivo z ní vyrobené, jsou vhodným alternativním zdrojem sypaniny nebo kameniva. Podmínkou je, stejně jako u jiných stavebních materiálů, splnění požadovaných ukazatelů určených normami a předpisy pro danou aplikaci.
V následujících tabulkách jsou specifikovány různé druhy strusek, ze kterých může vzniknout výrobek nebo surovina pro výrobu nových materiálů. Strusky, které je možné dále využívat v dopravních a pozemních stavbách, vznikají jako vedlejší produkt termických a spalovacích procesů či při výrobě oceli. Každý původ s sebou nese problémy spojené s využitím ve stavebních výrobcích, které jsou většinou spojeny s hrozbou rozpadu strusky.
Obecná ustanovení ohledně využití odpadu jsou dána Zákonem o odpadech č. 541/2021 Sb. Podrobnosti o nakládání se struskou jsou uvedeny ve vyhlášce č. 273/2021 Sb., kde jsou upraveny podmínky a kritéria pro využívání strusky k zasypávání.
Tabulka 1: Specifikace a využití struskového kameniva pro dopravní stavby
| Specifikace | Využití | Možné problémy spojené s recyklací | Produktová řada | Hodnotící systém | Technické normy a legislativní předpisy |
|---|---|---|---|---|---|
| Struskové kamenivo - drcení a třídění krystalické strusky | Násypy, podsypy, zásypy, nestmelené podkladní vrstvy pro pozemní komunikace a ostatní dopravní plochy, terénní úpravy, ochranné a podkladní vrstvy vozovek, asfaltové směsi, kamenivo do betonů nebo hydraulicky stmelených směsí | Hrozí rozpad strusky - zvětšení objemu při kontaktu s vodou | Kamenivo, Beton, Cementobetonové kryty | Prohlášení o vlastnostech (CE)- systém 2+, 4; Prohlášení o shodě NV 163/2002 Sb. | ČSN EN 13242 +A1, ČSN EN 13055, ČSN EN 933-3, ČSN EN 1097-1, ČSN EN 1097-2, ČSN EN 13285, TP 138, ČSN EN 13043, ČSN EN 13383-1, ČSN EN 13383-2, ČSN EN 13450, ČSN EN 13055-2, ČSN EN 206 + A1, ČSN P 73 2404, ČSN EN 14487-1, ČSN EN 13877-1 |
| Granulovaná struska - vysokopecní struska vznikající prudkým zchlazením proudem vody | Mletá granulovaná struska se využívá při výrobě cementu nebo silničních hydraulických pojiv | Rozpad strusky je velice pomalý proces | Cement, stavební vápna a jiná hydraulická pojiva | Prohlášení o vlastnostech (CE)- systém 1+ | ČSN EN 197-1 ed. 2, ČSN EN 14216 ed. |
Tabulka 2: Specifikace a využití struskového kameniva pro pozemní stavitelství
| Specifikace | Využití | Možné problémy spojené s recyklací | Produktová řada | Hodnotící systém | Technické normy a legislativní předpisy |
|---|---|---|---|---|---|
| Struskové kamenivo - drcení a třídění krystalické strusky | Náhrada přírodního kameniva | V případě některých typů strusek hrozí rozpad - zvětšení objemu při kontaktu s vodou | Kamenivo, Umělý kámen, Beton, Prefabrikované výrobky z obyčejného/lehkého betonu a pórobetonu, Zdicí prvky kategorie I, Zdicí prvky z umělého kamene | Prohlášení o vlastnostech (CE)- systém 2+, 4; Prohlášení o vlastnostech (CE)- systém 1, 3, 4; Prohlášení o shodě, NV č. 163/2002 Sb.; Prohlášení o vlastnostech (CE)- systém 2+ EAD 200005-00-0103 | ČSN EN 12620+A1, ČSN EN 13139, ČSN EN 13055, ČSN EN 933-3, ČSN EN 1744-1+A1, ČSN EN 1744-5, ČSN EN 1744-6, ČSN EN 1367-4, ČSN EN 15286, ČSN EN 14618, ČSN EN 14617-1 až 16, ČSN EN 15285, ČSN EN 206 + A2, ČSN P 73 2404, ČSN EN 14487-1, ČSN EN 13369, ČSN EN 1168+A3, ČSN EN 12737+A1, ČSN EN 12794+A1, ČSN EN 12794+A1/AC, ČSN EN 12843, ČSN EN 13224, ČSN EN 13225, ČSN EN 13693+A1, ČSN EN 13747+A2, ČSN EN 13978-1, ČSN EN 14843, ČSN EN 14844+A2, ČSN EN 14991, ČSN EN 14992+A1, ČSN EN 15037-1, ČSN EN 15037-2+A1, ČSN EN 15037-3+A1, ČSN EN 15037-4+A1, ČSN EN 15037-5, ČSN EN 15050+A1, ČSN EN 1520, ČSN EN 15258, ČSN EN 771-3+A1, ČSN EN 771-5+A1 |
| Mletá granulovaná struska - vysokopecní struska vznikající prudkým zchlazením proudem vody | Využití při výrobě cementu nebo jako aktivní příměs do betonů | Rozpad strusky je velice pomalý proces | Cement, stavební vápna a jiná hydraulická pojiva | Prohlášení o vlastnostech (CE)- systém 1+ | ČSN EN 197-1 ed. 2, ČSN EN 14216 ed. |
| Struska/škvára - tuhé zbytky ze spalování pevných paliv | Využití jako ostřivo v cihlářské výrobě | Různorodé složení způsobené rozdílným složením spalovaných materiálů | - | - | - |
Důvěra v umělé kamenivo a strusku
Přestože výrobky dodávané na trh splňují požadavky na technické parametry stejně jako výrobky z přírodního kameniva a navíc, jako recyklované materiály, představují v dnešní době zdůrazňovaný přínos k udržitelnému rozvoji společnosti, setkáváme se zejména v posledních letech s odmítavým postojem k použití umělého kameniva do staveb komunikací. Jedním z důvodů je nepopiratelně následek hojně mediálně využívané kauzy vad dálnice D 47, kde bylo použito umělé struskové kamenivo vyrobené z místních zdrojů. Veškeré problémy realizace byly pak zkratkovitě představovány v médiích jako „problém se struskou“ a běžný občan tak mohl nabýt dojmu, že příčina problémů tkví právě v materiálu.
Smutnou skutečností ovšem je, že tento názor sdílí i někteří rozhodující zástupci regionálních a komunálních profesních organizací činných ve výstavbě komunikací, u kterých se předpokládá určitá odborná úroveň zajišťující přehled v problematice a znalost technických norem a legislativních nařízení. Výsledkem je pak i naše čerstvá zkušenost se situací, kdy byl vyvíjen nátlak a vydán neoficiální zákaz používání umělého kameniva pro zhotovitele staveb, kteří struskové kamenivo odebírají. To vše bez uvedení jakýchkoli relevantních argumentů, s odmítáním přijmout jakékoli doklady o kvalitě dodávaných výrobků a s postojem založeným pouze na dojmu a názoru jednotlivce.
„V posledních letech je struska hlavně vlivem mediálních kauz informujících o špatném stavu některých nově otevřených dálnic vnímána negativně. V těchto případech však byly problémy způsobeny použitím nevhodných materiálů, například ocelárenské strusky. Jak dále uvedla, vysokopecní struska je vedlejší produkt výroby surového železa ve vysokých pecích.“
Výrobky z recyklovaných surovin, mezi něž patří i umělé kamenivo pro stavby pozemních komunikací, mají nesporný pozitivní dopad na životní prostředí a udržitelný rozvoj celé společnosti. Přestože umělé kamenivo dosahuje srovnatelné technické kvality jako kamenivo z přírodních zdrojů, stále přetrvává neopodstatněná nedůvěra některých organizací činných ve výstavbě pozemních komunikací k jeho používání.
Podklad pod dlažbu: Struska nebo štěrk?
Podklad, který tvoří lože pod dlažebními kostkami, sice není vidět, ale má ohromný podíl na celkovém výsledku práce. Bez správného podkladu vydlážděný povrch nebude vypadat dobře, nebude ani správně odvádět vodu a investice do dláždění přijde vniveč. Pokládání dlažebních kostek, chodníkových desek nebo betonových panelů je proces, během kterého je potřeba pohlídat každý detail: od mezer mezi jednotlivými prvky až po dokonalé vyrovnání vydlážděné plochy. Přitom pokud se podíváme na pomyslný soubor pravidel, kterými je třeba se při pokládce řídit, nejde si nevšimnout, že většina pozornosti se soustřeďuje výhradně na výsledný efekt. Zjednodušeně řečeno vizuální stránka je na prvním místě a „základy“ pod dlažebními kostkami jsou v pozadí. A to je chyba.
Kamenivo tvoří lože pod dlažební kostky. Tuto vrstvu je třeba zhutnit, aby se zabránilo propadání dlažby. Pokud se lože skládá z více různých vrstev, zhutnění se provádí po položení každé dílčí vrstvy. Pokud jde o jedinou silnou vrstvu, zhutňujeme každých 10-15 cm výšky položeného kameniva. Každá dlaždičská parta má obvykle svůj „recept“ na pokládku i na složení směsi lože. Nejvhodnějším materiálem pro provedení poslední (tedy kladecí) vrstvy je drcené kamenivo frakce 4-8 mm (u menších prvků 2-5 mm). Naopak je vhodné se vyhnout nekvalitním materiálům s vysokým podílem prachových částic.
Bez ohledu na váhu prvků by mělo být lože považováno za jednu z nejdůležitějších součástí celého chodníku nebo vydlážděné plochy. Funguje jako vyrovnávací vrstva, která má za úkol zajistit dokonalou rovinu hotového chodníku. Další účel této vrstvy je také optimální uložení jednotlivých prvků.
Co zvolit za materiál? Rozhodně není vhodné se spoléhat pouze na písek. Ano, písek znamená nižší náklady na vytvoření lože, ale vrstva složená pouze z něj bude méně odolná a stabilní. Hrozí jak pohyb dlažebních kostek a desek, tak i vymývání podkladu vodou. Investice do lože vyšší kvality s využitím kameniva se odrazí ve výsledku. Chodník bude stabilní, bude lépe vypadat a více vydrží.
Skladba podkladu pro zámkovou dlažbu a štěrkové cesty
Pro automobily do 3,5 tuny:
- Po úpravě pláně (odtěžení ornice a části podornice) nasypejte 20 cm hrubého kameniva (frakce 64-125 mm), pokud je pláň naprosto nepropustná, tak dospod vyspádujte drenáž o průměru 100mm (obsyp drenáže jemnější frakcí).
- Osaďte do betonového lože obrubníky, pod obrubníkem min. 10 cm betonu.
- Vrstva sypkého podkladu frakce 4/8 (4 - 8 mm). Použít můžete štěrk nebo makadam. Výška této vrstvy 15 cm.
- Vyrovnávací vrstva - frakce 4 mm. Štěrkopísek. Výška této vrstvy asi 5 cm.
Tato vrstva je nutností pro auta nad 3,5 tuny. Pro opravdu pevný podklad je doporučeno použít vrstvu drceného kamene frakce 32/63 (32 - 63 mm) ve výšce 35 cm.
Pro automobily nad 3,5 tuny:
- Vrstva drceného kamene frakce 32/63 (32 - 63 mm) ve výšce 35 cm.
- Sypký podklad frakce 16/32 (16 - 32 mm). Použít můžete štěrk nebo makadam nebo drcený kámen. Výška této vrstvy 25 - 35 cm. (Pokud použijete i frakci 32/63, tak tato vrstva může být 15 cm).
- Sypký podklad frakce 4/8 (4 - 8 mm). Použít můžete štěrk nebo makadam. Výška této vrstvy 15 cm.
- Vyrovnávací vrstva - frakce 4 mm. Štěrkopísek. Výška této vrstvy asi 5 cm.
Štěrková cesta krásně souzní s přírodou.
- Směs dvou sypkých materiálů - dvou různých frakcí. Jedna frakce by měla být větší a druhá menší. Míchat můžete frakce 16/32 (16 - 32 mm) + frakce 4/8 (4 - 8 mm). Použít můžete štěrk nebo drcený kámen. Výška této vrstvy 20 - 30 cm. Lze také koupit neprosátý lomový kámen, který obsahuje kamínky malé frakce.
- Jemnější frakce 0-4 (0 - 4 mm). Prosívka z drceného kamene.
Kvalitní podsypový materiál je klíčový. V některých oblastech, například na severní Moravě, je nejdostupnějším podsypovým materiálem ocelářská struska, která po zahutnění vytvoří lehký škraloup a jemná struska pod dlažbou nemá kde se splavit. Faktem je, že netříděné kamenivo je vhodnější. MZKáčko, KAPS a KSC jsou materiály používané spíše profesionálními firmami na větších akcích, navíc se "utahují" vibračními válci. Pro domácí použití spíše ta struska nebo drcené kamenivo výše uvedených frakcí. Jde i o to, aby i po zhutnění zůstal podklad propustný. Zámkovku do betonu bych nedoporučoval (jen obrubníky) i z praktického důvodu - dá se kdykoliv rozebrat a opravit.
Použití strusky místo štěrku
Na otázku, zda lze nahradit hrubý štěrkový podsyp frakce 8/16 tloušťky 100mm struskou, která je levnější, je odpověď taková: "Podmínkou je, stejně jako u jiných stavebních materiálů, splnění požadovaných ukazatelů určených normami a předpisy pro danou aplikaci. Vysokopecní struska jako násypový materiál, stejně jako kamenivo z ní vyrobené, jsou vhodným alternativním zdrojem sypaniny nebo kameniva." Pokud struska splňuje normové požadavky pro danou aplikaci a nebudou s ní míchány nevhodné materiály (jako např. pneumatiky nebo kmeny stromů), lze ji použít. Je však důležité si uvědomit, že v posledních letech je struska vnímána negativně kvůli mediálním kauzám týkajícím se špatného stavu některých nově otevřených dálnic, kde byly problémy způsobeny použitím nevhodných materiálů, například ocelárenské strusky. Při použití pro bytové účely, kde nebude docházet k zatížení těžkými vozidly, je riziko výrazně menší.
tags: #ostrejsi #kamenivo #nebo #struska #vlastnosti