Recyklát v betonu: Komplexní pohled na využití a výrobu stavebních recyklátů

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.

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). Při demolici „běžných“ staveb vzniká velké množství SDO, který je z velké míry tvořený betonem a zbytky cihelného zdiva.

Stavebnictví je největším producentem odpadu v Česku i Evropě. Tuzemský stavební průmysl vyprodukoval v posledních letech průměrně cca 16 mil. tun odpadu ročně, což je více než 40 % z celkového objemu odpadu. Teoreticky lze ze stavebního odpadu recyklovat přes 5,5 mil. tun, tedy necelých 40 %.

Argumentů pro zpracovávání SDO ve formě recyklovaného kameniva do betonu je mnoho. Jednou z hlavních příčin vedoucích ke snaze využít SDO k výrobě betonu jsou rychlým tempem snižující se zásoby těžených přírodních ložisek stavebního kamene a štěrkopísku. Více než polovina momentálně aktivních kamenolomů a pískoven pravděpodobně ukončí těžbu v následujících 10 letech. Dalším motivujícím faktorem pro recyklaci a využití SDO k výrobě betonu může být i výhled růstu poplatků skládkovného. Základ poplatku se za toto období má více než zdvojnásobit.

Recykláty jsou produktem recyklačních linek, kam se vozí stavební suť. Stavební suť je následně mechanicky rozdrcena a roztříděna do různých velikostních frakcí. Vznikají tak různé druhy recyklátů, které mají široké další uplatnění.

Čtěte také: Využití betonového recyklátu v praxi: Případová studie z Albrechtic

Druhy a využití stavebních recyklátů

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.

Betonový recyklát

Pro využití betonového recyklátu je klíčová jeho kvalita. Betonový recyklát nemá problém s využitím a na stavbách se již hojně využívá, a to nejen na dočasné účelové cesty či zásypy. Velmi často se používá jako materiál pro podkladní vrstvy, k zásypům nebo k terénním úpravám. Využít se dá i při zpevňovacích pracích, jako kamenivo železničních svršků nebo jako kamenivo do nových betonů nižších tříd.

Na základě dosud provedených výzkumných prací a dosažených laboratorních a poloprovozních výsledků je možno konstatovat:

• Obsah drceného betonu nepříznivě ovlivňuje konzistenci betonové směsi a pro zachování její potřebné konzistence je nutné zvýšit dávku záměsové vody (projeví se na pevnostech betonu).
• Pevnosti betonu v tlaku jsou poněkud ovlivňovány oproti použití přírodního kameniva.
• Snižuje se objemová hmotnost zatvrdlého betonu.
• Pevnost v tlaku se snižuje o 10-15 %.
• Modul pružnosti je nižší o 15-20 %.
• Zvyšuje se součinitel dotvarování až o 50 %.
• Zvyšuje se smršťování, a to o 20-40 %.

Použití betonového recyklátu je dnes zakotveno i v některých normách a je poměrně rozšířené jako např. v podkladních vrstvách vozovek stmelených cementem, ochranných vrstev silničních komunikací a pražcového podloží (jako mechanicky zpevněná zemina) a hlavně jako náhrady přírodního kameniva do konstrukčních betonů nižších tříd za předcházejících předpokladů.

Používání betonových recyklátů pro výrobu betonu, nebo výrobků z něj, je možné hodnotit i z pohledu možných přínosů solidifikačního účinku cementové matrice, to je snížení vyluhovatelnosti škodlivin z betonu s recyklovatelným kamenivem do životního prostředí.

Čtěte také: Podrobně o recyklátu PVC oken

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.

Cihelný recyklát

Čistý cihelný recyklát má široké využití. Nejčastěji je používán jako zásypový materiál pro stabilizaci podkladů u nestmelených vrstev vozovek, k zásypům inženýrských sítí nebo k výrobě nových cihlářských stavebních dílů. Použití má i v zahradnictví jako spodní vrstva zadržující vláhu místo drahého keramzitu, nebo pro zelené střechy. Tzv. cihelná moučka je vhodná k výrobě antukového povrchu.

Cihelný recyklát se u většiny drtících linek získává zrnitosti do cca 80 mm a to nejméně ve třech frakcích 0-16 mm, 16-32 mm a 32-80 mm, přičemž producenti tohoto materiálu jsou schopni vytřídit i jiné požadované frakce. Tento recyklát nabízí podstatně širší možnosti využití než je doposud všeobecně známo.

• Výroba cihlobetonu: Cihlobeton je možno používat jako výplňové zdivo ve skupině monolitických konstrukcí, dále pro výrobu prefabrikovaných prvků k přípravě vibrolisovaných tvárnic nebo stěnových prvků, jejichž slisování by předem eliminovalo možné dotvarování konstrukce pod zatížením vzhledem k nižší hodnotě statického modulu.
• Výroba stavebních směsí: Cihelný recyklát lze použít jako plniva malt pro zdění s využitím frakcí drobných, tedy do 4 mm, a vzdušným či hydraulickým vápnem. Tyto malty jsou výhodnější svým vyšším tepelným odporem než malty s přírodním kamenivem. Dále je možno používat jako pojiva i cement nebo kombinace pro vápenocementové malty. Podle přídavku pojiva se může dosáhnout různých pevností malt od 1 do 10 MPa.
• Výroba nepálených lisovaných cihel: V poslední době byla také zkoušena výroba nepálených lisovaných cihel rozměrů 300x150x100 mm ze směsi cihelného recyklátu frakce 0-16 mm a hlíny s 10 % příměsí cementu i bez příměsi cementu. Dosahované pevnosti v tlaku po 14 dnech sušení jsou závislé na kvalitě hlíny a dosahovaly až 8 MPa.
• Využití ve stabilizovaných podkladech a nestmelených vrstvách vozovek.

Asfaltový recyklát

Asfaltový recyklát se získává v podobě tzv. ker odlamovaných z povrchu, nebo frézováním za studena. Své využití nachází například při výstavbě nebo úpravě málo vytížených cest, cyklostezek, parkovacích nebo jiných zpevněných ploch. Hodí se při zakládání staveb nebo při stavbě komunikací.

Bylo prokázáno, že asfaltové recykláty jsou velmi vhodné zejména pro technologie za studena za použití emulzí, případně v kombinaci s cementem, kdy dochází k obalení ekologicky závadných částic a tím ke snížení možnosti znehodnocení odpadních vod a blízkého okolí. Nejvhodnější využití asfaltového recyklátu za studena je těmito způsoby:

Čtěte také: Prodej betonového recyklátu Svitavy

• Bez přidání nového pojiva k recyklátu s použitím pro málo zatížené vozovky, pro spodní podkladní vrstvy a pro zpevnění štěrkopískových podsypných vrstev.
• S přidáním hydraulického pojiva (cementu, popř. vápna či strusky) pro provedení nové stmelené podkladní vrstvy.
• S přidáním emulze k recyklovanému materiálu, vhodné zejména tam, kde staré úpravy obsahují dehtové pojivo.
• Kombinovaný způsob, kdy k recyklovanému materiálu se přidává emulze i cement, což je vlastně zlepšení předchozího způsobu a firma prokázala, že tento způsob dosáhl nejlepších výsledků a že vlastnosti těchto směsí je prokazatelně možné srovnat se směsmi typu OK (obalované kamenivo) zpracovávanými za horka.

V současnosti je ve většině případů užíván směsný (příp. cihlový) recyklát jako zásypový materiál (např. pro rozvody energií) či pro stabilizaci podkladů a nestmelených vrstev vozovek. Přitom však lze kvalitní tříděné recykláty využít na daleko vyšší úrovni, což ukazují níže uváděné příklady.

Normativní a legislativní požadavky

Existence systému posuzování kvality recyklátů pomocí obecně závazných norem a předpisů má zásadní vliv na uplatňování recyklátů v následné stavební výrobě. To ve svých důsledcích vede jednak k jejich širšímu využívání již v projekční fázi, ale také k jejich cenovému přibližování k cenám nerostných surovin obdobných vlastností. Vzrůst cen recyklátů pak vede k poklesu cen pro původce stavebních odpadů a tím i dalšímu snížení jejich snahy, zbavit se stavebního odpadu pololegálním či ilegálním způsobem.

V podmínkách ČR dosud neexistují na rozdíl od některých zemí EU (SRN, Rakouska, Švýcarska, zemí Beneluxu), obecně platné normy pro jakost recyklátů. Výjimku tvoří pouze některé normy pro stavbu komunikací a OTP pro stavbu železničního svršku a spodku. Konkrétně se jedná o:

• ČSN 73 6121 Hutněné asfaltové vrstvy
• ČSN 73 6122 Lité asfalty
• ČSN 73 6123 Cementobetonové kryty vozovek
• ČSN 73 6124 Kamenivo stmelené hydraulickým pojivem
• ČSN 73 6125 Stabilizované podklady
• ČSN 73 6126 Nestmelené vrstvy
• OTP ČD Kamenivo pro kolejové lože (platnost od 1. 1.)

Používání recyklovaného kameniva při výrobě betonu není novým požadavkem ani důsledkem současného prosazování principů oběhového hospodářství ve stavebnictví. Základním národním dokumentem se zaměřením na oběhové hospodářství je dokument Cirkulární Česko 2040, kterým se prolíná apel na potřebu posílení předcházení vzniku odpadů, protože se jedná o nejvyšší stupeň v hierarchii nakládání s odpady a je tak nedílnou součástí oběhového hospodářství.

Před použitím recyklovaného kameniva do betonu získaného zpracováním SDO je nutné splnit podmínky normy ČSN EN 12620+A1 Kamenivo do betonu. To v praxi znamená provést sadu zkoušek. Navíc, jelikož se jedná o odpad, musí být provedeny rozbory dle vyhlášky MŽP č. 273/2021 Sb. Až po provedení výše popsaných zkoušek a rozborů s přijatelnými výsledky je možné vydat prohlášení o vlastnostech a recyklované kamenivo do betonu začít používat. Samozřejmě za předpokladu platných průkazních zkoušek betonu s daným recyklovaným kamenivem.

Dále jsou zde samotné normy pro výrobu betonu ČSN EN 206+A2 a ČSN P 73 2404, které rozeznávají různé typy recyklovaného kameniva. Z těchto norem je patrné, že uznávají použití pouze tzv. betonového recyklátu, kde je podíl betonové složky větší než 50 %. Současně jím lze nahradit maximálně 50 % z celkového obsahu kameniva, a to pouze v betonech nižších pevnostních tříd a skupin stupňů vlivů prostředí (s. v. p.). Přitom betonový recyklát je kvalitní surovina a lze ho využít na mnoho jiných aplikací, kde směsný nebo cihelný recyklát nestačí.

Nedostatečná normativní opora v použití směsného recyklátu do betonu vede výrobce betonu k napsání vlastních podnikových norem, podle kterých tento materiál mohou vyrábět. Podkladem pro výrobu materiálu je pak stavební technické osvědčení vydané autorizovanou osobou.

Nařízení (EU) č. 2024/3110 definuje pojem „Recyklace“ a „Recyklovatelnost“ - jako schopnost materiálu nebo výrobku být účinně a efektivně oddělován, sbírán, tříděn a seskupován ve vymezených tocích odpadu pro účely recyklace na druhotné suroviny při minimalizaci ztrát kvality nebo funkčnosti ve srovnání s původním materiálem. Jednoznačně uvádí staveništní demoliční odpad (druhotnou surovinu) jako vhodnou surovinu pro výrobu stavebních výrobků.

Výzkum a inovace v oblasti jemných frakcí recyklátů

Až donedávna si vědci lámali hlavu nad problémem, jak využít 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.

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.

Experimentální zkoumání recyklovaného drobného kameniva

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. 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. Dále bylo nutné provést zkoušku pro zjištění objemové hmotnosti a nasákavosti drobných kameniv.

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 druhé části experimentu bylo recyklované drobné kamenivo aplikováno přímo do betonové směsi. Betonové směsi obsahovaly portlandský cement s označením CEM I 42,5 R, přírodní drobné kamenivo frakce 0/4 mm a hrubé kamenivo frakce 4/8 mm a 8/16 mm. 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. Množství záměsové vody bylo vždy nastaveno tak, aby všechny testované směsi měly stejnou konzistenci v čerstvém stavu (S1 dle ČSN EN 12350-2).

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 objemové hmotnosti, která byla měřena na plně vodou nasycených tělesech. Následovala zkouška pro zjištění pevnosti betonu v tlaku.

Je možné pozorovat výrazné snižování objemových hmotností betonů se zvyšující se velikostí náhrady v porovnání s referenčním betonem, přičemž se zde nachází lineární závislost mezi velikostí náhrady a samotným snížením objemové hmotnosti. Pro betonový recyklát platí, že nasákavost betonu stoupá s rostoucím množstvím náhrady, přičemž při 100% nahrazení je nasákavost přibližně o 50 % vyšší než u referenčních betonů. Nejhorší výsledky vykazovaly vzorky se směsným recyklátem, které v porovnání s ostatními vykazují maximální procentuální hodnoty nasákavosti.

V rámci výsledků pevnosti v tlaku lze vidět trend, který poukazuje na snižování pevnosti betonu v tlaku v závislosti na velikosti náhrady přírodního kameniva. 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.

Praktické zkušenosti a výhled do budoucna

Společnost TBG Metrostav uvedla na trh produkt s názvem Ecocrete®, což je cementový kompozit, kde je přírodní kamenivo částečně nebo zcela nahrazeno kamenivem recyklovaným. V první fázi vývoje byly porovnány dva typy recyklovaného kameniva - betonový a cihelný. Ve směsích bylo nahrazeno veškeré hrubé kamenivo, které tvořilo 50 % celkového objemu kameniva v betonu. Cílová pevnostní třída betonu byla C25/30.

Obecně lze říci, že oba typy recyklátů mají vyšší pórovitost a nasákavost než kamenivo přírodní. To může mít za následek vyšší ztrátu konzistence v čase, avšak tento jev se dá zmírnit správným technologickým postupem výroby betonu a jeho složením. Vyšší pórovitost dále ovlivňuje i další mechanické vlastnosti betonu, především objemovou hmotnost, pevnost a modul pružnosti.

Hlavním limitujícím faktorem použití betonu z cihelného recyklátu je výrazně nižší modul pružnosti. Snížení modulu pružnosti je přibližně o 30 % při 50% podílu cihelného recyklátu (pouze hrubá frakce) a o více než 50 % při 100% podílu cihelného recyklátu (hrubá i drobná frakce). Tato skutečnost omezuje materiál k použití na konstrukce, u kterých dochází k převážně ohybovým namáháním, tedy stropní konstrukce, trámy a průvlaky.

Podílem recyklátu ve směsi je taktéž ovlivněna pevnost betonu, nicméně zde není pokles tak markantní jako u modulu pružnosti. Důležitým aspektem je také vliv nižší objemové hmotnosti na akustické vlastnosti betonu. Běžně se pro posudek vzduchové neprůzvučnosti počítá s objemovou hmotností betonu 2 300 až 2 400 kg/m³. Při uvažování nižší hodnoty a běžné tloušťce železobetonové stěny 200 mm nemusí být posudek vyhovující.

Jednou z dalších nevýhod používání recyklátu do betonu může být jeho kvalitativní variabilita v průběhu demolice stavby. Různé konstrukce mají různé pevnostní charakteristiky a to se následně projevuje i na kvalitě recyklátu. Z dlouhodobého sledování pevnosti betonu v tlaku vyrobeného s 50% podílem recyklovaného kameniva (hrubá složka) je vidět, že se tato variabilita projevuje i na pevnosti betonu vyšším rozptylem výsledků.

Recyklované kamenivo ze stavebního demoličního odpadu může být dobrým zdrojem pro částečnou náhradu přírodního kameniva potřebného pro výrobu betonu, neboť řeší hned několik problematických skutečností, které nyní dopadají na stavební průmysl. Pro širší uplatnění recyklovaného kameniva ve výstavbě je však potřeba upravit platné normy pro použití recyklátu v betonu. Benevolentnější přístup k použití recyklátu v betonu by mohl být kompenzován vyššími nároky na kontrolu kvality materiálů - recyklátu i výsledného betonu.

Důležitá je také úzká spolupráce všech zúčastněných stran k domlouvání jednotlivých dodávek recyklovaného kameniva. Při použití betonu s recyklovaným kamenivem na konkrétní konstrukce je nutné postupovat obezřetně a mít na vědomí jeho slabé stránky - jmenovitě nižší modul pružnosti a objemovou hmotnost. Flexibilita v množství a podílu použitého recyklovaného kameniva v betonu může pomoci k rozšíření konkrétních aplikací. Zároveň je zde stále prostor pro podrobnější výzkum vlastností betonu s recyklovaným kamenivem a není vyloučeno, že by se tento beton mohl v budoucnu uplatnit i u exponovaných konstrukcí.

Využití recyklátu je za dodržení jistých pravidel široké, ze sta procent však nemožné. Při jeho použití je vždy potřeba zachovat určitý poměr primární suroviny, která se posléze „nastavuje“ recyklovaným materiálem, který navíc nelze použít při všech stavbách. Nelze očekávat, že podíl recyklovaných materiálů bude narůstat trvale a takřka neomezeně. S recykláty se můžeme setkat napříč stavebním sektorem, od pozemního stavitelství až po budování infrastruktury.

tags: #recyklat #betonovy #semily #informace #využití #výroba

Oblíbené příspěvky:

• Pokládka dlažby v koupelně
• Zjistěte vše o zvukové izolaci a materiálech, které vám zajistí klid.
• podrobný návod na aplikaci dekorativních omítek
• Profesionální pokládka zámkové dlažby
• Výběr štěrku pro beton