Recyklace je celosvětovým fenoménem poslední doby a logicky se týká i stavebnictví. Principy udržitelného rozvoje, které jsou spojené především s ochranou přírodních neobnovitelných zdrojů, jsou navázány i na efektivní využití stavebních demoličních odpadů (dále jen SDO). V současnosti je celosvětovou snahou minimalizovat produkci jakéhokoliv odpadu. Nově nastolené trendy se velmi silně dotýkají stavebnictví, které je závislé na omezených zdrojích přírodních a nerostných surovin. Stavebnictví spotřebuje zhruba tolik nerostných zdrojů, kolik veškeré další průmyslové obory dohromady. Není tedy překvapením, že se pod drobnohled materiálových inženýrů a expertů na cirkulární ekonomiku již před mnoha lety dostala problematika demolice staveb.
Při demolici „běžných“ staveb vzniká velké množství SDO, který je z velké míry tvořený betonem a zbytky cihelného zdiva. Až donedávna si vědci lámali hlavu nad problémem, jak využít jeho velmi jemné frakce kameniva (menší než 1 mm). Kvůli značně heterogenním vlastnostem totiž nebylo možné tento materiál efektivně recyklovat, a tak končil na skládkách nebo se stal součástí různých zásypů a násypů.
Požadavky norem na recykláty a podmínky jejich používání
Uplatnění různých druhů recyklátů ve stavebnictví je podmíněno dodržením technických norem, které zajišťují standardní kvalitu i použití těchto materiálů. Od června 1998 platí ČSN 73 6133 Návrh a provádění zemního tělesa pozemních komunikací. Tato norma stanoví podmínky, které je nutno při používání těchto materiálů dodržet. Norma dále požaduje, aby velikost a tvar největšího zrna sypaniny z recyklovaného materiálu umožnila zhutnění této sypaniny zhutňovacím prostředkem, odpovídajícím svou účinností tloušťce vrstvy. Doporučuje se, aby největší zrno nepřesáhlo 2/3 tloušťky vrstvy.
Pro recyklované materiály platí, že do zemního tělesa nesmí být použity materiály s maximální objemovou hmotností podle Proctor standart nižší než 1500 kg·m-3.
Dle ČSN 736125 Stabilizované podklady lze v zásadě stabilizovat všechny druhy vhodných zemin, kameniva, druhotných surovin, nebo jiných směsí, které je možno příslušným mechanizačním zařízením rozmělnit a zpracovat. Norma požaduje, aby materiál pro stabilizace neobsahoval větší zrna než 63 mm, a aby číslo plasticity stabilizačního materiálu nebylo vyšší než 27. Zásadním požadavkem však je dosažení předepsaných hodnot pevností a odolnosti stabilizace. Vhodnost recyklátů pro stabilizace byla prokázána i zkouškami řady vzorků.
Čtěte také: Postupy pro opravu betonu
Pro ŠD je požadována třída kameniva "A", pro ŠP třída "B". Pro ŠV však již jako výplňové kamenivo uvádí norma jako jednu z možností recyklované kamenivo frakce 0-16. Pro kostru ŠV je požadována frakce 32-63 hrubého kameniva třídy "D".
Pro použití jako mechanicky zpevněnou zeminu je požadována zemina nebo směs zemin, které musí mít vlhkost na mezi tekutosti max. Předpokládá-li se využití recyklátů v nestmelených vrstvách vozovek obslužných a místních komunikací a pro parkovací a odstavné plochy, je vhodné si uvědomit, že pro tyto komunikace se neprovádí posouzení odolnosti proti mrazovým zdvihům. Není tedy nutno respektovat požadavek ČSN 73 6126, aby při kapilárním vodním režimu bylo množství zrn pod 0,02 mm menší než 3 %, z důvodů odolnosti vrstvy proti namrzání.
Betonový recyklát je možné použít například pro úpravu terénu či zasypávání, pak se řídí požadavky Vyhlášky č. 273/2021 Sb. Vyhláška o podrobnostech nakládání s odpady. V tomto případě je třeba v místě stavby vybudovat mobilní recyklační linku pro úpravu suťového recyklátu. Popřípadě je možné v místě stavby vybudovat mobilní betonárnu a využít recyklované betonové kamenivo pro betonáž například základových konstrukcí.
V případě zpracování betonového recyklátu na recyklované betonové kamenivo některým z recyklačních center je třeba, aby bylo kamenivo certifikováno podle ČSN EN 12620 + A1 Kamenivo do betonu či ČSN EN 13242+A1 Kamenivo pro nestmelené směsi a směsi stmelené hydraulickými pojivy pro inženýrské stavby a pozemní komunikace. Pak je možné dle požadavků ČSN EN 206 + A2 použít například jako kamenivo do betonu.
Využití jemné frakce betonového, cihelného a směsného recyklátu v betonech
Většina recyklačních středisek v ČR je schopna separovat a upravit recyklát v podobě tří produktů - betonový recyklát, cihelný recyklát a směsný recyklát. Z pohledu dalšího využití je možné takto upravené kamenivo z SDO rozdělit na dvě části, a to v závislosti na velikosti částic, konkrétně na hrubou frakci (zpravidla 4/16 mm nebo 4/32 mm) a jemnou frakci s velikostí částic 0/4 mm. Tento článek se zabývá problematikou využití stavebně demoličních odpadů v betonu, především s ohledem na zkoušení recyklovaného jemného kameniva za využití dnešních platných norem na kamenivo do betonu, a věnuje se aplikaci jemné frakce.
Čtěte také: Postup opravy betonového chodníku
V případě hrubého kameniva norma ČSN EN 206+A1 [2] v současné době upravuje možnosti jeho použití v závislosti na stupně vlivu prostředí a druhu recyklovaného kameniva. Maximální množství, které je možné použít pro betony do expoziční třídy X0, je 50 % hrubého recyklovaného kameniva.
Výzkum a testování recyklátů
V rámci článku jsou testovány tři základní zástupci recyklovaného kameniva, a to kamenivo z betonového, cihelného a směsného recyklátu. Následně je recyklát použit pro výrobu betonu, kde tvoří náhradu za jemné kamenivo ve 33, 66 a 100 hm. %. Na betonových zkušebních tělesech o rozměrech 150 × 150 × 150 mm byla provedena řada zkoušek pro zjištění základních vlastností jako jsou objemová hmotnost, nasákavost a pevnost v tlaku.
V rámci výzkumu byly zkoumány tři základní druhy recyklátů jako náhrady za drobné (přírodní) kamenivo frakce 0/4 mm, a to: betonový, cihelný a směsný recyklát. Jako vstupní materiál byl použit SDO z různých staveb a demolic. Vzorky pro potřeby příspěvku byly zpracovány na recyklačním dvoře společnosti Moravostav Brno a.s. a drceny pomocí čelisťového drtiče RESTA.
V první fázi experimentu byly zkoumány vlastnosti drobného kameniva dle platných norem pro drobné kamenivo frakce 0/4 mm. Pro účely zkoušek byly recykláty vysušeny v sušárně při teplotě 110 ˚C. V druhé části experimentu bylo recyklované drobné kamenivo aplikováno přímo do betonové směsi. Betonové směsi obsahovaly portlandský cement s označením CEM I 42,5 R, který pocházel ze závodu Mokrá. Dále bylo použito přírodní drobné kamenivo frakce 0/4 mm ze štěrkovny Dobříň a hrubé kamenivo frakce 4/8 mm a 8/16 mm z kamenolomu Zbraslav. Přírodní drobné kamenivo bylo v rámci experimentu nahrazeno recyklovaným, a to v náhradách 33, 66 a 100 hmotnostních procent. Současně byl vyroben referenční beton složený jen z přírodních neobnovitelných materiálů. Pro každou zkušební sadu bylo vyrobeno devět zkušebních těles. Množství záměsové vody, potažmo velikost vodního součinitele, bylo vždy nastaveno tak, aby všechny testované směsi měly stejnou konzistenci v čerstvém stavu. V našem případě se jednalo o konzistenci S1 zjištěnou pomocí sednutí Abramsova kužele dle ČSN EN 12350-2 [9].
Výsledky experimentů a jejich analýza
První část experimentů byla provedena pro popsání jednotlivých vlastností použitých recyklátů v porovnání s běžně využívaným drobným kamenivem. Jednalo se o experimenty pro zjištění obsahu jemných částic a sítový rozbor pro stanovení granulometrického složení, výsledkem je křivka zrnitosti. Samotná zkouška je popsána normou ČSN EN 933-1 [10]. Dále bylo nutné provést zkoušku pro zjištění objemové hmotnosti a nasákavosti drobných kameniv, ke které sloužila norma ČSN EN 1097-6 [11].
Čtěte také: Jak opravit betonové schodiště
Podle očekávání bylo nejnižší procento jemných částic u betonového recyklátu, který v porovnání s přírodním kamenivem dosahoval až pětinásobných hodnot. V případě směsného a cihelného recyklátu již procento znečištění dosahuje významných hodnot, které poukazují na to, že tyto recykláty mají velké množství jemných částic a jejich použití je o to komplikovanější. Betonový recyklát vykazuje rovnoměrné propady jednotlivých frakcí, avšak obsahuje nejmenší zastoupení drobnějšího kameniva oproti zbylým dvěma recyklátům.
V případě betonového recyklátu jsou výsledné hodnoty objemových hmotností průkazné a velice se podobají například studii od Cheng-Chih Fan [3]. U směsného a cihelného recyklátu jsou výsledné hodnoty větší, což poukazuje na nevhodnost této zkoušky pro tyto druhy materiálů, potažmo kameniva. Nevhodnost samotné zkoušky je ve způsobu dosažení stavu povrchově osušeného drobného kameniva frakce 0/4 mm, který je hlavní veličinou pro výpočet objemových hmotností. S touto hodnotou také souvisí výsledky nasákavosti recyklátů. V souvislosti se dříve zmíněným problémem jsou výsledky směsného a cihelného recyklátu zcela neprůkazné, neboť jejich nasákavost je velice nízká v porovnání se skutečností, která byla zjištěna na hrubší frakci kameniva. Tuto problematiku řeší i zahraniční literatura, kde je využívána centrifuga pro dosažení povrchově usušeného kameniva [15] nebo další jiné metody, např. na bázi elektrické vodivosti [16].
Druhá část experimentů byla provedena na betonových zkušebních tělesech vyrobených podle Tabulky 1. Po zatuhnutí byla tělesa odbedněna a uskladněna v nádobách s vodou (vzorky byly uložené pod vodní hladinou) a zkoušena po 7, 28 a 90 dnech. První provedenou zkouškou na zkušebních vzorcích byla zkouška pro určení objemová hmotnost, která byla měřena na plně vodou nasycených tělesech podle normy ČSN EN 12390-7 [12], přičemž bylo nutné změřit rozměry samotných těles pro získání jejich objemu. Následovala zkouška pro zjištění pevnosti betonu v tlaku, při které se vycházelo z normy ČSN EN 12390-3 [13]. Jednotlivá tělesa byla povrchově osušena a vkládána do zkušebního lisu. Zatěžování probíhalo konstantním zvyšováním síly až do výsledného porušení.
Je možné pozorovat výrazné snižování objemových hmotností betonů sad „B“, „S“ i „C“ se zvyšující se velikostí náhrady v porovnání s REF, přičemž se zde nachází lineární závislost mezi velikosti náhrady a samotným snížením objemové hmotnosti. Ke stejnému závěru se dopracoval také Cheng-Chih Fan [3]. U navržených betonů bylo nutné stanovit jejich nasákavost, neboť množství vody, které je do svých otevřených pórů beton schopný nasáknout, přímo ovlivňuje jeho odolnost vůči prostředí, tedy stupeň vlivu prostředí a životnost. Zjištěna byla nejnižší nasákavost u betonu s užitím recyklované náhrady 33 %, konkrétně B_33, která má spojitost s vysokou objemovou hmotností. Pro betonový recyklát platí, že nasákavost betonu stoupá s rostoucím množství náhrady, přičemž při 100% nahrazení je nasákavost přibližně o 50 % vyšší než u referenčních betonů, což potvrzuje článek od L. Evangelista [6]. Nejhorší výsledky vykazovaly vzorky se směsným recyklátem, které v porovnání s ostatními vykazují maximální procentuální hodnoty nasákavosti, což může být způsobeno vlastnostmi použitého recyklátu (vysoký obsah jemných částic), přičemž extrémní nárůst nasákavosti je pozorován u 100% náhrady.
V rámci výsledků pevnosti v tlaku lze vidět trend, který poukazuje na snižování pevnosti betonu v tlaku v závislosti na velikosti náhrady přírodního kameniva, což potvrzuje také Jagan Sivamani [8].
Zjištění a závěry z výzkumu
V případě drobného kameniva lze říci, že betonový recyklát lze zkoušet podle současných norem pro kamenivo do betonu. Je prokázáno, že vyšší zastoupení recyklovaných drobných kameniv má vliv na snížení objemové hmotnosti betonu, která souvisí také s výslednou větší nasákavostí a nižší pevností betonu v tlaku. Nejblíže se vlastnostem referenčního betonu přibližuje beton s použitím 33% náhrady cihelným recyklovaným drobným kamenivem. Všeobecně lze říct, že nižší náhrady nemají zásadní vliv na mechanické vlastnosti.
V rámci projektu „Možnosti využití mikromletého recyklovaného betonu jako mikroplniva s pojivovými vlastnostmi“ byly tyto jemné frakce upraveny pomocí progresivní technologie mikromletí. Vznikla tak zrna sto- až tisíckrát menší než 1 milimetr. Popisovanou úpravou došlo nejen ke sjednocení frakce kameniva a zbytků ztvrdlého cementového pojiva, ale i k obnažení nezhydratovaných zrn cementu. Vzniklá moučka vykazovala nejen parametry mikroplniva, ale v určité míře i pojiva. Hledání efektivního využití mikromletého betonu si kvůli své komplexní problematice vyžádalo tříleté zapojení zhruba dvaceti osob včetně doktorandů a studentů z Fakulty stavební ČVUT v Praze. Řešení projektu si vyžádalo aplikaci nejen standardizovaných experimentálních metod, ale i vývoj zcela nových a specifických postupů. Funkci a parametry materiálu bylo nutné zkoumat v souvislostech přes širokou škálu měřítek od úrovně nano/mikro až po makrostrukturu. Zkoumáno bylo několik typů betonového recyklátu. Za všechny jmenujme železobetonové železniční pražce, části konstrukce betonových krytů dálnic či více než sto let staré konstrukční prvky železobetonové průmyslové stavby. Během zpracování odpadu je podstatný proces hrubé recyklace a třídění na jednotlivé materiály a frakce podle velikosti zrn a obsahu zatvrdlé cementové pasty a kameniva. V rámci projektu byly zkoušeny i různé způsoby drcení. Kromě jemných frakcí odpadního betonu byly používány i odprašky z těžby hornin (např. mramoru, vápence nebo žuly) a vybrané druhotné suroviny (např. struska nebo popílek).
Projekt se zaměřil také na optimální poměry zastoupení jednotlivých složek s ohledem na výsledné sledované užitné vlastnosti, jako jsou mechanické, vlhkostní a tepelně-technické vlastnosti. Součástí výstupů je i software, který předpovídá výsledné materiálové vlastnosti směsí na základě složení a naměřených dat. V současné době probíhají snahy převést výsledky ze základního výzkumu z projektu do praxe. Za tímto účelem jsou testovány např. lehčené bloky na bázi cementu, ve kterých je část pojiva nahrazena mikromletým betonovým recyklátem a dalšími vhodnými druhotnými surovinami. Kamenivo je ze 100 % nahrazeno recyklátem. Nové bloky mají srovnatelné materiálové vlastnosti.
Nová recyklační technologie společnosti Sika využívá synergie chemicko-mechanického zpracování odpadu z demolic betonu. Zahrnuje povrchovou karbonataci cementové matrice, která je změkčována a odstraňována otěrem. Tím se získá čerstvě obnažený povrch, který je schopen další karbonatace, až se v konečné fázi získá kamenivo zbavené cementového materiálu. Recyklační proces vyvinutý společností Sika řeší několik problémů souvisejících s nejmodernější recyklací stavebního demoličního odpadu. V relativně jednoduchém a efektivním procesu lze z betonového odpadu získat čisté kamenivo. Srovnávací testy procesu „reCO2 ver“ společnosti Sika prokázaly, že nový beton s obsahem recyklátu má podobné vlastnosti jako zcela nový výrobek. Díky novému postupu lze beton z demolic zcela recyklovat a ušetřit ho od skládkování. Dosavadní pokusy o recyklaci starého betonu vedly k poměrně nízké míře recyklace a v konstrukčním betonu lze těmito recyklovanými materiály nahradit pouze 30 % primárního materiálu.
Význam vibračního hutnění betonu
Nedodržení nejjednodušších pravidel při pokládání betonové směsi může mít následky, jako je vznik trhlin, dutin a ztráta pevnosti betonové konstrukce. Vibrace jsou nezbytné k získání monolitického betonového kamene bez pórů. Tato operace je nezbytná pro přesun a zhutnění částic betonové směsi, ukládají se pojiva písek a drť a uniká vzduch. V tekuté betonové směsi je obsah vzduchu 1-2 procenta objemu. Nedostatečné hutnění betonu způsobuje, že v betonu zůstávají vzduchové kapsy, které snižují jeho pevnost a trvanlivost. Čerstvě uložený beton důkladně zhutněte, ideálně pomocí vibrační latě nebo alespoň propichováním a pěchováním.
Důsledky pokládky betonu bez vibrací
Pokud betonová směs není vibrována, získáte betonovou konstrukci s nízkou pevností a nízkou voděodolností. Všechny nedostatky jsou vidět při demontáži bednění. Beton stejné jakosti položený s vibracemi a bez nich se bude lišit pevností.
Zařízení pro vibrační hutnění
Betonová směs je vibrována pomocí hloubkových ručních vibrátorů s flexibilními hroty, které lze měnit. Níže uvedená tabulka ukazuje vlastnosti hloubkových vibrátorů:
| Vlastnost | Popis |
|---|---|
| Typ hrotu | Flexibilní, měnitelné |
| Délka hrotu | Různé délky |
| Tloušťka hrotu | Různé tloušťky |
Kromě hloubkových vibrátorů se při lití betonových podlah používají vibrátory povrchové, což jsou lamely s elektromotory. Existují externí vibrátory, které se instalují na bednu nebo bednění s litou betonovou směsí a rozvibrují ji.
Práce s vibračním zařízením
Použití hloubkového vibrátoru závisí také na pohyblivosti betonové směsi. Pohyblivost betonové směsi má 4 skupiny P1-P4. V zásadě betonárna dodává směs P3, meziprodukt mezi hustou a tekutou formou, která snadno vibruje. Betonová směs P1 je velmi hustá a těžko rozvibrovatelná vnitřním vibrátorem, ale díky nízkému poměru voda-cement má velkou pevnost.
Alternativní metody vibrování
Co dělat, když nemáte ponorný vibrátor, objem betonu, který se má pokládat, není velký a nemá smysl ho kupovat na jednorázovou práci? Vibrovat můžete pečlivým poklepáním kladivem na bednění naplněné betonem. V tomto případě není třeba být horlivý, je třeba bednění hlídat, protože se může tlakem betonu roztrhnout.
Jak poznat, že vibrace stačí
Vibrace je dostatečná, když:
- beton nesedá
- na povrchu nejsou vidět žádné sutiny
- neobjeví se žádné vzduchové bubliny
Po odstranění hrotu by měl být povrch betonu zakryt, pokud se tak nestane, je buď příliš tlustý, nebo již probíhá reakce tvrdnutí.
Pravidla pro vibrování
Vibrace betonu se provádí v souladu s několika důležitými pravidly:
- Nejprve byste měli nalít stejnoměrnou vrstvu betonu ne vyšší než 40 cm.
- Začněte vibrovat na jednom místě déle než 5 sekund.
- Pokud je hustota betonu vysoká, prodlužte čas.
- Vyjměte vibrátor pomalu.
Kdy byste neměli vibrovat?
Vibrace příliš mobilního roztoku se nedoporučuje. Tato akce způsobí spíše delaminaci než zhutnění.
tags: #zhutneni #betonoveho #recyklatu #informace