Konstrukce z betonu se v různých formách staví již mnoho století. Některé z nich se používají více než sto, některé dokonce i tisíce let. Existují ale i betonové konstrukce, které po relativně krátké době užívání ztratí svůj původní účel, jsou na konci své funkční existence a čeká je buď komplexní modernizace, nebo demolice. Odhad konce životního cyklu staveb je tak zpravidla pouze pravděpodobný - stejně jako nemůžeme předem přesně odhadnout, jakého věku se dožijeme.
Důležité je, jak budovy fungují během celé své životnosti, která často dosahuje sto až sto padesát let. Pokud se pozornost soustředí pouze na fázi výstavby, skutečný dopad na životní prostředí se podceňuje. V praxi se ukazuje, že například akumulační schopnost konstrukcí výrazně ovlivňuje energetickou náročnost provozu.
Hodnocení udržitelnosti staveb se stále více opírá o analýzu životního cyklu. Při porovnání konstrukčních systémů se ukazují výrazné rozdíly, které se však po započtení provozu budovy podstatně snižují. Podle Ondřeje Flanderky ze Skanska Residential jsou klíčová kvalitní vstupní data a environmentální prohlášení o produktu, takzvané EPD.
Cirkulární ekonomika a recyklace v betonářství
Cirkulární ekonomika je koncept, který se zaměřuje na maximalizaci využití zdrojů a minimalizaci vzniku odpadu. Životní cyklus betonu zahrnuje těžbu surovin, výrobu, použití, demontáž a nakonec recyklaci. V rámci cirkulární ekonomiky se snažíme maximalizovat využití betonu i po jeho původním použití. Například při demolici budov je možné recyklovat betonové konstrukce, keramické zdivo či jiné prvky.
Naši snahu o udržitelnost reflektuje nová řada produktů společnosti ZAPA beton, nazvaná ZAPA NEXT. Jedná se o cementový kompozit s částečnou náhradou přírodního kameniva recyklovaným kamenivem, které vzniká řízenou a kontrolovanou výrobou z demoličního odpadu.
Čtěte také: ekologické dopady stavební činnosti
Dle původu rozlišujeme několik druhů recyklovaných kameniv. Jedním jsou recyklovaná kameniva čistě betonová, vzniklá drcením betonových prvků. Betonové recyklované kamenivo už bylo mimo jiné použito i na stavbě dálnice D1. Dalšími druhy jsou například čistě cihelné nebo směsné recykláty. Pro běžné použití jsou vhodné všechny typy těchto recyklátů. Jedním z důvodů, proč tato recyklovaná kameniva používáme, je postupné ubývání přírodního kameniva na trhu v České republice.
Nedílnou součástí kompozitů ZAPA NEXT jsou speciální přísady. Vlastnosti kompozitů ZAPA NEXT jsou téměř totožné s konvenčními betony a jsou slučitelné s běžnou betonářskou výztuží. V současné době je jejich použití zejména pro základové konstrukce, podkladní betony, svislé stěnové konstrukce, konstrukce dočasné nebo pro prefabrikáty.
Snižování uhlíkové stopy betonu
V betonářském odvětví je uhlíková stopa betonu důležitým aspektem, který nás motivuje k přijímání opatření směřujících k jejímu snižování. Věříme, že tímto přístupem můžeme přispět k ekologické přeměně stavebnictví a omezit negativní dopady na klimatickou změnu. Jedním z našich dalších kroků, jak snižovat emise CO2 při výrobě betonu, je použití portlandských směsných cementů CEM II nebo vysokopecních cementů CEM III. Cement je obecně hlavním zdrojem emisí, vznikajících během produkce betonu. Je to dáno především chemickou podstatou výrobního procesu slínku, ze kterého se cement vyrábí. Při výrobě cementového slínku dochází k termickému rozkladu vápence, což provází uvolňování velkého množství CO2.
Z pohledu emisí CO2 je také výhodné použití latentně hydraulických příměsí, jako jsou popílky nebo strusky, které mohou v betonu částečně nahradit dávku cementu a samy jsou druhotnou surovinou. Ve společnosti ZAPA beton přispíváme k trvale udržitelnému rozvoji i svým úsilím o bezodpadovou výrobu, kde se zaměřujeme na využití vedlejších produktů z výroby betonu. Aktivně recyklujeme zbytkový čerstvý beton, ať už ze samotného procesu výroby, nebo nevyužitý ze staveb. Výslednými produkty recyklace jsou oddělené kamenivo a kalová voda, které lze v omezené míře znovu použít pro výrobu dalšího betonu. Čistá voda - velice často se používá pitná voda z řadu - a kamenivo jsou přitom základní složky pro výrobu betonu.
Na našich provozovnách dbáme i na další ekologické aspekty související s výrobou betonu, jako jsou prašnost a hluk. Všechny naše betonárny jsou vybaveny moderními a efektivními filtry na cementových i popílkových silech. Tyto filtry dokážou zachytit až 99,829 % prachových částic, které by jinak mohly unikat do ovzduší. Díky nim se značně snižují emise prachu. Investovali jsme také do opláštění a odizolování našich betonáren, abychom snížili jejich hlučnost. Dále jsme investovali do moderních technologií, které nám umožňují vylepšit energetickou efektivitu našich výrobních zařízení.
Čtěte také: Práce projektanta ve Znojmě
Využití umělého kameniva z černouhelných hlušin
Jednou z možností zpracování černouhelných hlušin je výroba nového druhu umělého kameniva na principu samovýpalu. Během posledních několika let řeší Ústav stavebního zkušebnictví ve spolupráci se společností Svoboda a syn, s.r.o. problematiku zaměřenou na možnost využití vypalovaných černouhelných hlušin. Cílem prací bylo poukázat na možnosti využití tohoto kameniva v betonových konstrukcích. Předmětem příspěvku jsou nejen výsledky dosažené po 360 dnech zrání, ale také jejich porovnání s vlastnostmi běžně vyráběných betonů.
Návrh prací byl prováděn takovým způsobem, aby bylo následně možné posoudit co největší rozsah tříd betonů především s ohledem na možnosti použitého plniva. V první fázi byly vyrobeny betony jak s přírodním, tak umělým kamenivem. Vzhledem k dosavadním zkušenostem nebyl i přes charakter umělého kameniva zvolen návrh pro lehké betony.
Objemová hmotnost betonů s vypalovanou černouhelnou hlušinou se po 28 dnech zrání pohybovala v rozmezí 2050-2150 kg/m3 v závislosti na použité receptuře. Nejnižších hodnot bylo v tomto případě dosaženo u tříd C12/15 C20/25 a C30/37. Vzhledem k tomu, že v případě záměsi C20/25 bylo použito největšího množství plniva frakce 4-8 a 8-16 mm, byla objemová hmotnost betonů s přírodním kamenivem u této třídy největší.
Z grafického přehledu, který vyjadřuje změnu pevnosti v tlaku v průběhu zrání u betonu s upravenou černouhelnou hlušinou lze vypozorovat několik poznatků. U všech sledovaných vzorků, došlo po 7 dnech hydratace k poměrně velkému nárůstu pevností. Do třídy C20/25 bylo dosaženo až 50 % z pevnosti stanovené po 360 dnech zrání, u tříd vyšších bylo po 7 dnech dosaženo téměř 80 %. Výsledné pevnosti v tlaku (po 28 dnech) v případě betonů s umělým kamenivem u všech zkoušených vzorků výrazně převýšily návrhové parametry. Z tohoto grafického přehledu je možné vypozorovat mimo jiné hlavní rozdíly mezi jednotlivými třídami u běžně vyráběných betonů s přírodním kamenivem, a také je následně porovnat s betony, při jejichž výrobě bylo použito nového druhu umělého kameniva. Návrhové pevnosti u jednotlivých betonů byly opět výrazným způsobem překonány. Nárůst pevnosti byl v tomto případě obdobný jako u betonů s vypalovanou hlušinou.
Změna pevnosti v tahu za ohybu byla v našem případě sledována po 28, 90 a 360 dnech zrání. Z předchozích dvou grafických přehledů je zřejmá jistá anomálie. Pevnosti v tahu u běžných betonů se u C30/37 a C35/45 po 28 dnech již téměř neměnily, oproti třídám ostatním. Vzhledem k předchozí situaci i dosaženým hodnotám můžeme říci, že pevnosti v tahu za ohybu jsou u obou betonů téměř shodné a vliv použitého kameniva se výrazněji neprojevil. U vyšších pevnostních tříd bylo dosaženo hodnot v rozmezí 6-7 MPa.
Čtěte také: Zjistěte více o pasportizaci staveb
Z dlouhodobého hlediska (360 dní) lze konstatovat, že užití nového druhu umělého kameniva ze spékaných černouhelných hlušin výrazným způsobem nesnižuje mechanické vlastnosti betonů, ve kterých je použito.
Komentář recenzenta doc. Ing. Jan Vodička, CSc., ČVUT Praha: Problematiku výroby umělého kameniva ze spékaných černouhelných hlušin lze s ohledem na dosud provedené zkoušky považovat za poměrně závažnou, a to zejména s ohledem na dosavadní špatné zkušenosti s ukládáním tohoto vysoce nebezpečného odpadu na různá složiště. Samotný článek je výhradně zaměřený na možnosti využití tohoto nového druhu umělého kameniva do betonu. V širokém rozsahu jsou laboratorními zkouškami prezentovány pevnostní charakteristiky jak betonu s přírodním kamenivem, tak s užitím nového druhu umělého kameniva, které velmi dobře ukazují na případné možnosti využití tohoto nového druhu kameniva. Přehledné a srozumitelné porovnání základních pevnostních charakteristik betonů jak s přírodním tak s novým umělým kamenivem, a to v rozsahu pevnostních tříd C8/10 až C35/45, je velmi zajímavé. V rámci zkoušek bylo dosaženo velmi dobrých výsledků, které mohou být s výhodou uplatněny při případných praktických aplikacích. Velkým přínosem pro využití nového druhu kameniva jsou zejména velmi dobré výsledky pevností, kterých bylo v rámci experimentálních zkoušek dosaženo. Článek je velmi aktuální především proto, že řeší problematiku možného zpracování průmyslového odpadu. Nesmírnou výhodou používání tohoto kameniva je minimální pracnost s jeho přípravou jako složky betonu. Navíc lze tento typ hlušin hodnotit jako lehké kamenivo s objemovou hmotností do 2000 kg/m3. Obrovské množství hlušin na haldách v okolí energetických zdrojů se nabízí k jejich využití v betonech, kde pomůže nahradit nedostatkové přírodní kamenivo, a tím povede ke snížení ekologické zátěže krajiny. Otázkou zůstává, do jaké míry je vyrobený beton nebezpečný pro životní prostředí, když surovina pro výrobu nového druhu kameniva je hodnocena jako vysoce nebezpečný odpad. I kdyby vyrobený beton byl klasifikován jako výrobek nebezpečný pro životní prostředí, lze vždy nalézt betonové konstrukce k jeho využití, např. pro zpevnění úložišť tohoto odpadu. Z celkového hlediska je článek velmi zajímavý a s ohledem na skutečnost, že se v rámci této problematiky nevyskytuje příliš mnoho informací, je vhodné se tomuto tématu dále věnovat. Je však otázkou, zda výroba tohoto druhu umělého kameniva najde své místo na současném, poměrně složitém trhu.
Degradace betonu a škody způsobené korozí
Beton byl nejrozšířenější stavební materiál v minulém století a bude jím i v tomto století. Lokální dostupnost jeho složek, jako jsou kamenivo a cement, snadné tvarování a vysoká pevnost v tlaku představovaly nejlepší alternativu ke zdivu při výstavbě nových konstrukcí. Jelikož tento umělý kámen nemohl poskytnout dostatečnou pevnost v tahu, museli stavební inženýři zabudovat ocel, čímž překonali tento nedostatek. Ke znepokojení všech se však zjistilo, že koroze oceli může představovat velký problém trvanlivosti těchto konstrukcí. Za posledních 50 let se jako nejvýznamnější příčina poškození železobetonových konstrukcí objevuje koroze. Kromě značných nákladů na rekonstrukce zvyšuje vynaložené náklady i samotná ztráta možnosti užívat poškozenou konstrukci.
Koroze může být definována jako přeměna čistého kovu (zde oceli) na jeho stabilnější oxidy za účasti kyslíku a vody. Beton poskytuje přirozený štít, který chrání ocelovou výztuž před korozí. Vysoce alkalické prostředí vytvářené cementovým tmelem kolem výztuže vede k vytvoření pasivační vrstvy na povrchu oceli. Tato pasivní vrstva je tvořena nepropustnými oxidy a zabraňuje dalším korozním reakcím udržováním kyslíku a vody mimo povrch výztuže. Tento způsob ochrany je funkční tak dlouho, dokud přetrvává vysoce alkalické prostředí. Avšak tento pasivní stav nemůže být v průběhu času zachován v důsledku procesů, které se v betonu přirozeně vyskytují. Karbonatace betonu, způsobená reakcí betonu s atmosférickým oxidem uhličitým, snižuje alkalitu cementového tmelu. V prostředí kontaminovaném chloridy pronikají chloridové ionty difuzí skrz beton k povrchu oceli. Chloridy narušují pasivační vrstvu, což vede ke korozi. Jakmile dojde k porušení pasivační vrstvy, iniciují se korozní reakce, které způsobují rychlé poškození výztuže. Vlhkost betonu a přítomnost kyslíku jsou předpoklady pro pokračování elektrochemických reakcí. V závislosti na rychlosti koroze ztrácejí výztužné pruty soudržnost s betonem.
Inhibitory koroze výztuže a jejich použití
Přestože koroze výztužných prutů je výsledkem složitých chemických reakcí, lze poměrně jednoduchým způsobem tyto reakce potlačit. Rychlost koroze lze zpomalit a pasivační vrstvu na povrchu oceli lze stabilizovat omezením průniku vody a chloridových iontů do betonové konstrukce. Pasivační vrstvu kolem výztužných prutů lze obnovit zvýšením elektrického odporu betonu.
Silany se používají už více než tři desetiletí k zajištění nízké vlhkosti betonu a také pro jeho ochranu před škodlivými účinky chloridových iontů. Velmi malá velikost silanových molekul napomáhá jejich hlubokému průniku do betonu, kde prostřednictvím křemičitých struktur vytvářejí chemické vazby s hydratovanými složkami cementu. Po reakci s betonem odpuzují silanové molekuly vodu a brání chloridovým iontům v průniku do betonu.
V minulém století bylo vyvinuto několik metod na zmírnění koroze výztuže. Nejúčinnějším způsobem, jak zabránit korozi kovových konstrukcí (např. ocelových potrubí a nádrží), jsou elektrochemické metody, zejména tzv. katodická ochrana. Katodická ochrana v železobetonových konstrukcích je však značně problematická. Její aplikace je nejenom nákladná, ale navíc musí být zavedena přísná pravidla jejího provozu a monitorovací postupy po celou dobu životnosti konstrukce. Vzhledem k těmto omezením pracovali odborníci na nových řešeních a vyvinuli nové typy inhibitorů koroze oceli.
Existuje několik způsobů, jak dopravit inhibitory na povrch výztuže uložené v betonu. Inhibitory koroze mohou být přidány ve formě přísad do čerstvého betonu. Tato metoda je však omezena pouze pro nové konstrukce. V evropském stavebnictví tvoří sanace stávajících železobetonových konstrukcí velkou část aktivit ve stavebnictví. Na základě provedeného výzkumu v posledních dvou desetiletích se podařilo spojit silany a vybrané inhibitory koroze a vyvinout tak nový typ inhibitoru koroze aplikovatelného na povrch betonu pod názvem MasterProtect 8000CI.
Tento produkt má vzhled čiré kapaliny s kombinací silanů a vybraných inhibitorů koroze a je navržen tak, aby zastavil korozní procesy v železobetonových konstrukcích bez ohledu na podmínky okolního prostředí. Silanová technologie umožňuje hlubokou penetraci inhibitoru do betonu a vytvoření chemické vazby s vysokou odolností proti alkalickému prostředí, což vede k dlouhému působení. Četné laboratorní testy a terénní průzkumy ukázaly, že MasterProtect 8000CI je vysoce efektivní při zastavení obou typů koroze - způsobené chloridy i karbonatací betonu. Zatímco silanová složka zaručuje vysokou vodoodpudivost, tedy vyloučení penetrace vody a chloridových iontů do betonu, vybrané inhibitory zastavují korozní reakce a pomáhají obnovit pasivační vrstvu na ocelové výztuži.
Příklady praktického využití MasterProtect 8000CI
Budova Miró Foundation v Barceloně byla postavena v roce 1975 a následně v roce 1985 rozšířena. Fasádní prvky budovy jsou vyrobeny z prefabrikovaného železobetonu a natřeny na bílo, čímž se imituje vzhled betonu vyrobeného z bílého cementu. Kvůli relativně nízké kvalitě betonu a blízkosti Středozemního moře bylo na různých místech konstrukce pozorováno poškození výztuže korozí. Zvláště vnější stěny trpěly silnou korozí a odpadáváním betonu. Jelikož se toto poškození postupně rozšiřovalo, připravil se plán obnovy tak, aby se zabránilo dalšímu rozvoji koroze a aby se zastavila koroze v oblastech, kde již aktivně probíhala. Počátkem roku 2005 byla provedena důkladná diagnostika konstrukce. Na vybraných částech budovy byly nainstalovány měřicí stanice, které zaznamenávaly rychlost koroze. Opravné práce byly provedeny v květnu 2005 v souladu s projektem. Mírně poškozené oblasti byly ošetřeny MasterProtect 8000 CI. V následné monitorovací fázi projektu byla na měřicích stanicích uskutečněna opětovná měření rychlosti koroze výztuže. Měření provedená v říjnu 2007 a v únoru 2013 ukázala dramatický pokles rychlosti koroze v oblastech, které byly ošetřeny inhibitorem. Poslední měření byla provedena v roce 2015 a naměřené hodnoty potvrdily aktivní ochranu výztuže i po 10 letech od aplikace inhibitoru.
Prodloužení životního cyklu staveb je jedním z hlavních cílů inženýrů v 21. století. Tento fenomén pomáhá nejen při utváření udržitelné budoucnosti, ale také snižuje náklady na údržbu v průběhu životního cyklu, čímž významně zlepšuje ekonomickou bilanci stavby. Projekt sanace bytového komplexu Torres Blancas v Alicante ve Španělsku měl za cíl prodloužit jeho životnost. Dvě vícepatrové obytné budovy, postavené v roce 1970, se tyčí nad oblíbenými plážemi Středozemního moře. Konstrukce sestává z 6500 elegantních železobetonových prefabrikátů, které pokrývají fasády. Silné větry od moře nesou značné množství solí, což vede ke korozi a způsobuje vážné škody. Když architekti posuzovali standardní sanační metody, čelili znepokojivé pravdě, tedy že všechny panely budou muset být nahrazeny novými. Po několika měsících hledání alternativních metod sanace byla akceptována aplikace inhibitoru koroze MasterProtect 8000CI. Dle navrženého řešení byly silně poškozené panely nahrazeny novými a méně poškozené panely byly ošetřeny inhibitorem koroze MasterProtect 8000CI. Tímto postupem se celkové náklady na renovaci snížily o více než 40 %.
Hodnocení životního cyklu a udržitelné stavebnictví
Konference Kroky k udržitelnému stavebnictví 2026 jednoznačně potvrdila, že udržitelné stavebnictví je komplexní obor propojující legislativu, návrh budov, materiály, provoz i práci s daty. Hovoříme-li o hodnocení životního cyklu, je třeba podle metodiky stanovené v normách (ČSN EN ISO 14040 - 14049) uvažovat environmentální dopady výrobku (např. stavby) v rámci celého životního cyklu, tj. od těžby surovin potřebných pro jeho výrobu, přes jeho použití, až po ukončení funkčního využití a jeho odstranění. Pro hodnocení je důležité stanovit rozsah analýzy - tj. je třeba odhadnout předpokládanou délku životního cyklu. Pokud chceme posoudit celkovou efektivitu stavby, měli bychom uvažovat nejenom environmentální dopady, ale i náklady životního cyklu a sociální důsledky. To znamená mít na zřeteli všechny rozhodující aspekty udržitelnosti v rámci celého životního cyklu.
V šesti kritériích popisujících zjednodušenou LCA (E.PEE, E.GWP, E.ACP, E.EUP, E.ODP, E.POC) je částečně uvažována i fáze životního cyklu užívání, tedy B4 - výměna. S výměnou se počítá na konci životnosti materiálu.
Podle bývalého ministra životního prostředí Petra Hladíka hraje z pohledu státu zásadní roli legislativa, podpora renovací a využívání lokálních materiálů. Program Nová zelená úsporám v minulosti přispěl k renovaci stovek tisíc domácností a výrazně snížil spotřebu energie. Velký prostor dostalo hospodaření s vodou. Tereza Hnátková z ČZU zdůraznila význam práce s daty, digitálního monitoringu a správného návrhu systémů pro využití dešťové vody. Důležitá je i údržba a kontrola kvality vody, aby byla bezpečně využitelná například pro závlahu. Architekt Tomáš Velehradský zase připomněl nutnost zapojení všech profesí hned od začátku projektu a citlivý přístup k okolnímu prostředí.
Akce představila i konkrétní materiály a technologie, například celulózovou izolaci od firmy CIUR z recyklovaného papíru, která má dobré tepelněizolační i akustické vlastnosti a je vhodná i pro rekonstrukce historických objektů.
Většina investorů požaduje dlouhou a bezproblémovou životnost betonových konstrukcí. Avšak málokteří z nich na to kladou důraz již při výstavbě, zejména s ohledem na počáteční investice.
Environmentální prohlášení výrobků (EPD) a recyklace tepelněizolačních materiálů
Vědecky založená metoda zahrnuje vstupy do výroby, transporty, distribuci, zabudování, používání a konec životního cyklu výroků skrze matematické výpočty. Tuto metodiku shrnuje tzv. EPD neboli environmentální prohlášení výrobků. To zahrnuje celý proces a ověřuje se správnost výpočtů třetí stranou. Výrobky s verifikovanými EPD jsou například bonifikovány v dotačním programu Nová zelená úsporám.
Dnešní tepelněizolační materiály jsou vysoce optimalizovány ve snížení energetické náročnosti výroby a zabudování. Největší výzvou do následujících let je ukončení životního cyklu tak, aby tepelné izolanty nekončily na skládkách. Dnešní technologie již umí recyklovat materiály na konci svého životního cyklu, ale překážkou jsou často nízké ceny skládkování nebo odpor trhu akceptovat vyšší ceny za znovuvyužití. Zářným příkladem je recyklace minerální kamenné vlny. Ve většině výrobních závodů se kamenná vlna recykluje pouze v rámci procesu vlastního areálu a překážkou pro zpětné odebírání ze staveb je absence optimálního ekonomicky-technologického řešení pro zpracování externí kamenné vlny.
Ve stavebnictví je často využívána downcyklace, kde se například z demolice betonových konstrukcí vytváří drť určená do podkladních vrstev liniových staveb. S rostoucími požadavky na úspory energií na provoz budov se klade větší důraz na tloušťky tepelných izolantů. Jedním z nejpoužívanějších typů tepelných izolací je expandovaný polystyren, EPS. Téměř většina staveb nemá modulové rozměry desek EPS. Z toho vyplývá, že se desky musí řezat a tvarovat na stavbě k optimálnímu osazení. ISOVER odebírá veškerý stavební odpad ze zpracování EPS. Čisté a nekontaminované zbytky bílého polystyrenu se přímo na staveništi ukládají do pytlů či vaků.
Společnost ZAPA beton věří, že odpovědný přístup k životnímu prostředí je neodmyslitelnou součástí každodenního provozu, a je pevně odhodlána pokračovat v inovativním přístupu a aktivním snižování uhlíkové stopy betonu. Naše snahy jsou součástí širšího úsilí o udržitelnost v oblasti stavebnictví a ochranu životního prostředí v rámci cirkulární ekonomiky.