Stavební a demoliční odpad není zařazen mezi nebezpečné odpady a jeho skladování je poměrně jednoduché, avšak jeho objem je obrovský, a proto je nutné se ho snažit druhotně využívat. V případě recyklovaného kameniva z betonových konstrukcí je nejlepší cestou tento materiál drtit a třídit na jednotlivé frakce, které je možné použít jako náhradu přírodního kameniva. Náš příspěvek se zabývá zkouškami mrazuvzdornosti recyklovaného betonového kameniva jako náhrady kameniva přírodního.
Uplatnění recyklovaného kameniva sice nepřináší významný finanční zisk, ale má obrovský environmentální přínos. Stavební a demoliční odpad vyprodukovaný v Evropské unii zastupuje přibližně dvě třetiny produkce všech odpadů. Využití recyklovaných materiálů je jednou z priorit vyspělých zemí. V současné době se v zemích Evropské unie využívá v průměru necelých padesát procent stavebního a demoličního odpadu. Sedmý akční program pro životní prostředí, který vznikl z rozhodnutí evropského parlamentu a rady, udává cíl dosáhnout v roce 2020 míry recyklace sedmdesát procent. Z tohoto legislativního a dále z environmentálního hlediska je nutné se zabývat využitím recyklovaných materiálů ze stavebního a demoličního odpadu. Podíl betonového recyklátu je 10 % ze stavebního a demoličního odpadu, a je to tedy poměrně velká složka, která může ovlivnit celkovou míru recyklace. Aby bylo možné použít betonový recyklát jako částečnou nebo kompletní náhradu přírodního kameniva do betonu, je nutné, aby recyklát splňoval požadavky norem, např. ČSN EN 12620 Kamenivo do betonu, změna Z2 [1].
Pokud má být recyklovaný beton použit jako náhrada přírodního kameniva, je nutné, aby toto kamenivo splňovalo normy pro kamenivo do betonu.
Zkoušky, o nichž zde referujeme, byly prováděny podle normy ČSN EN 1367-1 Zkoušení odolnosti kameniva vůči teplotě a zvětrávání – Část 1: Stanovení odolnosti proti zmrazování a rozmrazování a porovnáním recyklovaného a přírodního kameniva. Pro vyzkoušení kvality recyklovaného a přírodního kameniva byla provedena doplňková zkouška drcení kameniva. V článku jsou uvedeny výsledky a porovnání jednotlivých metod zkoušení.
Pro ověření sledovaných vlastností recyklovaného betonového kameniva byly vybrány tři druhy recyklátů. Všechny tři pocházejí z demoličního centra firmy AZS 98, s. r. o. Testována byla objemová hmotnost, nasákavost, mrazuvzdornost a hodnota drcení kameniva.
Nasákavost kameniva
Nasákavost kameniva je důležitý parametr ve vztahu ke zpracovatelnosti směsi. Beton s recyklovaným kamenivem vykazuje nižší objemovou hmotnost a vyšší absorpci vody oproti přírodnímu kamenivu. Změna mechanických vlastností betonu závisí na procentuálním zastoupení recyklovaného kameniva a jeho zrnitosti. Aplikace jemného recyklovaného kameniva není doporučena pro náročnější konstrukce vzhledem k jeho velké nasákavosti. Je obtížné zachovat dobrou zpracovatelnost směsi a následně zaručit homogenitu kompozitu. Hrubé recyklované kamenivo lze použít až k 100% nahrazení přírodního kameniva. Nasákavost byla zkoušena na recyklovaném kamenivu, které bylo ponořeno ve vodě po dobu 24 hodin. Výsledky nasákavosti jsou uvedeny v tabulce 1 a převyšují dovolené hodnoty dle ČSN EN 1097-6 [2]. Průměrná nasákavost přírodního kameniva pro frakci 4/8 mm vychází 0,5 % [3].
Mrazuvzdornost kameniva
Mrazuvzdornost recyklovaného kameniva byla zkoušena v souladu s normou ČSN EN 1367-1 [4], která řeší metodiku zkoušení pro stanovení odolnosti vůči zmrazování a rozmrazování. Testovány byly celkem tři typy recyklovaného kameniva (obr. 1). Velikost frakce kameniva, která byla zvolena pro test, se lišila podle hrubosti drticí jednotky. Směs 1 (SM1) a směs 2 (SM2) byly frakce 4/8, směs 3 (SM3) byla frakce 2/4.
Principem zkoušky je stanovení procentního úbytku hmotnosti. Výsledek zkoušky zmrazování a rozmrazování (F) se určí podle vztahu
F = (M1 – M2)/M1 ·100 (1),
kde je M1 … počáteční vysušená celková hmotnost tří dílčích navážek (v gramech),
M2 … konečná vysušená hmotnost, která zůstala na specifikovaném sítě (v gramech).
Vyhodnocení zkoušky bylo provedeno podle normy ČSN EN 13242 + A1 [5], která specifikuje čtyři kategorie odolnosti.
Výsledky uvedené v tabulce 2 dokazují, že recyklované kamenivo je schopno odolávat zmrazovacím a rozmrazovacím cyklům, a je tedy z tohoto hlediska použitelné jako náhrada přírodního kameniva.
Hodnota drcení kameniva
Hodnota drcení kameniva (ACV – aggregate crushing value) vyjadřuje odolnost kameniva pod působícím tlakem. Vzorek kameniva je ve standardizovaném válci zatížen proměnnou silou s nárůstem 40 kN/min až do dosažení 400 kN, kdy je test ukončen. Metoda je vhodná pro kamenivo, které projde sítem 14 mm a je zachyceno na sítu 10 mm. ACV se určí podle vztahu
ACV = M2/M1 ·100 (2),
kde je M1 … celková hmotnost testovaného kameniva (v gramech),
M2 … hmotnost kameniva propadlá sítem 2,36 mm (v gramech).
Pro frakci recyklovaného kameniva 8/16 vyšla hodnota ACV 32,1 %. Technické doporučení pro přírodní kamenivo pro použití v betonových krytech je 30 %. Hodnota je lehce nadlimitní oproti technickému doporučení, ovšem pro méně namáhané konstrukce je recyklované kamenivo použitelné. Menší frakce kameniva obecně vykazují nižší hodnoty ACV [6]. Při použití menší frakce kameniva lze použít přílohu A (BS 812-110:1990) [7].
Závěr
Recyklované betonové kamenivo musí stejně jako přírodní kamenivo, které je zamýšleno pro použití do betonu, splňovat požadavky norem. Výsledky zkoušek recyklovaného kameniva vycházejí v horních povolených mezích, a splňují tak podmínky pro použití do betonu. Zkoušky prokázaly možnost nahrazení přírodního kameniva recyklovaným kamenivem pro méně náročné konstrukce. Použití betonového recyklovaného kameniva je přínosné z environmentálního hlediska (ušetření přírodního kameniva) a nutné z hlediska legislativy, kdy je třeba do roku 2020 recyklovat 70 % stavebního a demoličního odpadu.
TOMÁŠ TRTÍK, KAREL ŠEPS, ROMAN CHYLÍK, JOSEF FLÁDR
foto archiv autorů
Poděkování
Článek byl připraven za podpory grantu TAČR č. TH02030649 Environmentálně efektivní stavební a demoliční odpad do konstrukcí a SGS č. SGS17/123/OHK1/2T/11 Trvanlivost betonových kompozitů s recyklovanými materiály.
Literatura:
1) ČSN EN 12620 Kamenivo do betonu. Český normalizační institut, 2008.
2) ČSN EN 1097-6, Zkoušení mechanických a fyzikálních vlastností kameniva – Část 6: Stanovení objemové hmotnosti zrn a nasákavosti. Český normalizační institut, 2014.
3) Zine-el-abidine Tahar, Tien-Tung Ngo, El Hadj Kadri, Adrien Bouvet, Farid Debieb, Salima Aggoun. Effect of cement and admixture on the utilization of recycled aggregates in concrete. Construction and Building Materials 149, 2017.
4) ČSN EN 1367-1 Zkoušení odolnosti kameniva vůči teplotě a zvětrávání – Část 1: Stanovení odolnosti proti zmrazování a rozmrazování. Český normalizační institut, 2007.
5) ČSN EN 13242 + A1, Kamenivo pro nestmelené směsi a směsi stmelené hydraulickými pojivy pro inženýrské stavby. Český normalizační institut, 2014.
6) Marinković, S., Radonjanin. V., Malešev, M., Ignjatović I. Comparative environmental assessment of natural and recycled aggregate concrete. Waste Management 30, 2010.
7) Method for Determination of Aggregate Crushing Value (ACV). British Standard Institution, 1990.
Ing. Tomáš Trtík (*1992)
absolvoval FSv ČVUT v Praze (2017), kde nyní pracuje jako výzkumný pracovník na katedře betonových a zděných konstrukcí. Specializuje se na vláknobeton a recyklaci.
Ing. Roman Chylík (*1992)
absolvoval FSv ČVUT v Praze (2017), kde nyní pracuje jako výzkumný pracovník na katedře betonových a zděných konstrukcí. Specializuje se na mikroskopii a dynamické zatěžování.
Ing. Karel Šeps, Ph.D., (*1985)
absolvoval FSv ČVUT v Praze (2010), kde nyní pracuje jako odborný asistent na katedře betonových a zděných konstrukcí. Specializuje se na beton a vláknobeton vyrobený z druhotných surovin a technologii jeho výroby.
Ing. Josef Fládr, Ph.D., (*1984)
absolvoval FSv ČVUT v Praze (2010), kde nyní pracuje jako odborný asistent na katedře betonových a zděných konstrukcí. Specializuje se na technologii výroby vláknobetonu a vysokopevnostních betonů.
