Betónový recyklát: Cesta k udržateľnej výstavbe, jeho frakcie, vlastnosti a rozsiahle použitie

Stavebný priemysel prechádza v posledných rokoch masívnymi zmenami, pričom cirkulárna ekonomika sa stáva kľúčovou témou. Mnoho materiálov v stavebníctve je možné opätovne použiť a zrecyklovať. Keďže stavebníctvo produkuje obrovské množstvo odpadu, recyklácia betónu predstavuje jeden z najdôležitejších pilierov udržateľnej výstavby.

Európska cementárenská asociácia Cembureau odhaduje, že v Európe sa ročne vyprodukuje takmer 500 miliónov ton stavebného odpadu, z ktorého až 50 % tvorí práve betón. Väčšinou sa likviduje skládkovaním alebo recykláciou ako výplň do vozoviek. V súčasnosti treba riešiť otázku úspory energetických prírodných a surovinových zdrojov. Klasické prírodné zdroje sa čoraz viac zmenšujú a, naopak, skládky s priemyselným odpadom sa zväčšujú, zaberajú pôdu a ničia životné prostredie.

Prečo recyklovať betón?

Betón je neodmysliteľnou súčasťou výstavby budov, ciest, mostov, priehrad či tunelov. Jeho výroba je však energeticky náročná a sprevádzaná emisiami CO2. Cementársky priemysel je globálne zodpovedný za 7 až 8 % emisií CO2, čo je takmer štyrikrát viac ako letecká doprava. Portlandský cement, najviac používaný druh pri výrobe betónu a malty, je energeticky najnáročnejšou surovinou na výrobu betónu. Tvorí približne 15 % hmotnosti betónu, avšak až 80 % jeho emisií. Potenciál pre zníženie teda spočíva v znížení podielu slinku, teda výsledného produktu vypálenia zmesi vápenca a ílu. To sa dá dosiahnuť použitím alternatívnych vstupných materiálov, ako napríklad stavebný odpad a odpad z demolácií či staré tehly a dlaždice z búrania.

Recyklácia betónu prináša viacero výhod:

• Ekonomický prínos: Firmy nemusia platiť poplatky za skládkovanie odpadu.
• Ochrana zdrojov: Znižuje sa potreba ťažby prvotných surovín, ako sú štrk, piesok a kamenivo. Piesok začína byť z globálneho hľadiska nedostatkový materiál. Pri pohľade do budúcnosti je však správne zbystriť pozornosť a sústrediť sa na účinnejšie zhodnocovanie prírodných zdrojov.
• Zníženie uhlíkovej stopy: Opätovné využitie materiálu výrazne znižuje negatívny dopad na životné prostredie. Martin Pribila, statik a architekt, vysvetľuje: „Môžeme tento objem betónu po demolácii existujúcich konštrukcií skládkovať a na výrobu nového betónu ťažiť nový štrk. Alebo budeme ten istý materiál používať dva až tri razy po sebe, čím využijeme už raz vyťažený materiál, pokojne aj v priebehu 150 - 200 rokov.“

Drvič betónu ako základný nástroj recyklácie a spracovanie frakcií

Drvič betónu je nevyhnutným zariadením, ktoré mení stavebný odpad na plnohodnotný druhotný materiál. Pri demolačných prácach plní dve hlavné úlohy: zmenšuje veľkosť betónových blokov a umožňuje oddeliť betón od oceľovej výstuže (armatúry).

Typy drvičov a ich fungovanie

Pre rôzne potreby stavebnej praxe sa využívajú rozličné druhy drviacich technológií. Vybúraný betón sa drví v čeľusťových drvičkách. Magnetickými separátormi sa z neho separuje železo a nakoniec je drvený až na frakcie rozličnej veľkosti. Vzniká tak recyklát, ktorý sa dá použiť v ďalšej výstavbe, avšak s obmedzeniami.

Mobilné vs. stacionárne riešenia

Mobilné drviace zariadenia predstavujú veľkú výhodu priamo na staveniskách. Umožňujú spracovať suť v mieste demolácie, čím sa šetria náklady na prepravu a minimalizuje sa zaťaženie životného prostredia. Veľké cestné zariadenia dokážu spracovať až 600 ton materiálu za hodinu, zatiaľ čo kompaktné drviče sú ideálne do obmedzených mestských priestorov. Proces spracovania často zahŕňa aj vibračné sitá a odstraňovače železa. Ak materiál nezodpovedá požadovanej frakcii, putuje do nárazového pieskovača, kde sa opätovne tvaruje a čistí. Drvenie betónu je náročný proces a hľadajú sa jednoduchšie, ale efektívnejšie recyklačné postupy.

Nové recyklačné postupy: Elektroimpulzná fragmentácia

Súčasné trendy hľadajú pokročilejšie metódy. Existujú experimentálne zariadenia, kde sa betón vkladá do vodného kúpeľa a následne je do vody usmernený silný elektrický výboj. Voda je pre taký výboj silnejší izolant ako betón, a tak sa výboj šíri „cestou menšieho odporu“, teda cez betón - spravidla na rozhraní jednotlivých komponentov. Šírenie výboja spôsobuje celý rad mikrovýbuchov, ktoré oddelia jednotlivé komponenty približne pôvodnej veľkosti. Tieto zariadenia sú schopné recyklovať približne tonu vstupného materiálu denne a ukazujú sa ako veľmi nádejné pre spoľahlivú recykláciu betónu. Tento druh betónového recyklátu bude mať s veľkou pravdepodobnosťou oveľa rozsiahlejšie využitie ako drvený recyklát.

Frakcie a vlastnosti betónového recyklátu

Recyklát sa vyrába zo stavebného odpadu, kam patrí najmä betón, panely, dlaždice… Je považovaný za ekologický materiál, pretože vzniká recykláciou. Recyklovaný betón je z recyklovanej stavebnej hmoty. Na rozdiel od ťaženého kameniva, sa musí použitý materiál podrviť a roztriediť na frakcie podľa použitia. Dôležitá je aj čistota materiálu. Z pohľadu ďalšieho využitia je možné takto upravené kamenivo z stavebno-demolačného odpadu (SDO) rozdeliť na dve časti, a to v závislosti na veľkosti častíc, konkrétne na hrubú frakciu (zpravidla 4/16 mm alebo 4/32 mm) a jemnú frakciu s veľkosťou častíc 0/4 mm.

Použitie hrubých frakcií (4/16 mm, 4/32 mm)

Docent Ivan Hollý zo Stavebnej fakulty STU v Bratislave upozorňuje, že pri recyklácii je dôležité nahrádzať najmä hrubé kamenivo. Hrubé kamenivo v betóne (frakcia 4 - 16 mm, resp. 4 - 32 mm) je štandardne používané. Pri recyklovanom kamenive v betóne sa zvyčajne nahrádza práve hrubé kamenivo. Recyklované hrubé kamenivo je možné použiť pre betóny do expozičnej triedy X0, maximálne však 50 %.

Význam a výzvy jemnej frakcie (0/4 mm)

Pri drcení a úpravách betónu vzniká aj odpad v podobe frakcie 0/4 mm, primárne tvorený cementovou matricou, pôvodným pieskom a podrceným kamenivom vyšších frakcií. Docent Ivan Hollý doplnil, že pri náhrade jemnej frakcie (0 - 4 mm) recyklátom sa vlastnosti výsledného betónu zhoršujú. Najväčší pokles sa týka hodnoty modulu pružnosti betónu. Jemnú frakciu (0 - 4 mm) je možné použiť ako plnivo do nového betónu a nahradiť tak časť piesku. Cementová matrica obsahuje okrem zhydratovaných slínkových minerálov aj časť nezhydratovaných slínkov a ďalšie produkty, ktoré môžu pri použití s cementom opätovne hydratovať a vytvárať novú štruktúru. Upravený materiál potom môže byť použitý aj ako náhrada časti nového cementu v cementových kompozitných materiáloch alebo v necementových spojivách.

Do celého procesu možno ešte zakomponovať proces mletia, resp. mikromletia, zväčšiť merný povrch pôvodného recyklátu a upraviť tak frakciu 0/4 mm alebo jej časť a zvýšiť aktivitu recyklátu. Takýto upravený betónový recyklát frakcie 0/4 mm sa môže použiť v novom betóne (prípadne v cementovej malte), kde bude jednou zložkou. Efektívnou možnosťou je použiť tento materiál len s cementom, kde by aj časť pôvodného cementu bola nahradená, a to vďaka pojivovým vlastnostiam upraveného recyklátu, a zmiešať s vodou. Popísaným spôsobom by vznikla jemná kompozitná hmota na báze cementu a bez prídavku nového piesku, resp. kameniva. Takýto materiál môže byť využitý napríklad v suchých maltových alebo omietkových zmesiach.

Vlastnosti ľahčených cementových kompozitov s recyklátom

Na nové stavebné výrobky sú v súčasnej dobe kladené vyššie nároky na širšie spektrum úžitkových vlastností, ako je napr. pevnosť v tlaku, objemová hmotnosť, súčiniteľ tepelnej vodivosti atď. Podobným spôsobom sú koncipované/navrhnuté ľahčené stavebné prvky pre obvodové plášte, kde je hľadaný kompromis medzi pevnosťou v tlaku a súčiniteľom tepelnej vodivosti. V rámci projektu Ministerstva priemyslu a obchodu FV20503 boli na Fakulte stavebnej ČVUT v Prahe vykonané pokusy, kedy bola cementová hmota vylehčená pomocou peny. Na rozdiel od ďalších typov vylehčenia, napr. autoklávovania pri výrobe pórobetónu, sa jedná o nízkoenergetické riešenie.

Navrhnutý ľahčený cementový kompozit je zložený z pojiva, jemného recyklovaného plniva, mikrovlákien, superplastifikátora a peniacej prísady. Dôležitý aspekt zmesi je nastavenie pomeru pojiva a recyklátu v kombinácii s množstvom použitej peniacej prísady. Použitý REC (recyklovaný odpadový betón) vznikol v priebehu procesu drvením 100 rokov starého konštrukčného betónu z demolácie stavby Walter Motors. V rámci drvenia vznikla frakcia 0/32 mm, z ktorej bola odstránená oceľová výstuž a oddelená jemná frakcia 0/1 mm.

V prvotnej fáze vývoja ľahčeného cementového kompozitu bolo nutné určiť výhodný pomer pojiva a plniva. Medzi základné skúmané vlastnosti bola zvolená výsledná pevnosť v tlaku a pevnosť v ťahu za ohybu. Z výsledkov je vidieť, že pridávaním jemného odpadového betónu dochádza k lineárnemu poklesu pevnosti v tlaku až do 40 hm. % REC, následne je pevnosť skoro konštantná až do 60 hm. % REC a následne dochádza zase k lineárnemu poklesu až do 90 hm. % REC. V prípade pevnosti v ťahu za ohybu dochádza k nárastu hodnoty až do 60 hm. % REC a následne dochádza k poklesu hodnoty až do 90 hm. % REC.

Vplyv recyklovaného kameniva na vlastnosti betónu

Na základe doteraz vykonaných výskumných prác je možné konštatovať, že recyklované kamenivo má negatívny vplyv na väčšinu vlastností betónu. Hlavným dôvodom je vyššia pórovitosť materiálov obsiahnutých v recykláte, ako sú tehly, malta a cementový tmel, ktorý obaľuje zrná prírodného kameniva pôvodného betónu. So zvyšujúcim sa podielom recyklovaného kameniva sa úmerne zhoršujú parametre betónu.

• Obsah drveného betónu nepriaznivo ovplyvňuje konzistenciu betónovej zmesi a pre zachovanie jej potrebnej konzistencie je nutné zvýšiť dávku zámiešanej vody (prejaví sa na pevnostiach betónu).
• Pevnosti betónu v tlaku sú mierne ovplyvňované oproti použitiu prírodného kameniva, pričom výsledky tlakovej skúšky po 7, 28 a 90 dňoch ukazujú znižovanie pevnosti betónu v tlaku v závislosti na veľkosti náhrady prírodného kameniva.
• Znižuje sa objemová hmotnosť zatvrdnutého betónu, čo môže mať vplyv napr. na vzduchovú nepriezvučnosť konštrukcií.
• Pevnosť v tlaku sa znižuje o 10-15 %.
• Modul pružnosti je nižší o 15-20 %.
• Zvyšuje sa súčiniteľ dotvarovania až o 50 %.
• Zvyšuje sa zmrašťovanie a to o 20-40 %.
• Nasákavosť betónu stúpa s rastúcim množstvom náhrady, pričom pri 100% nahradení je nasákavosť približne o 50 % vyššia ako u referenčných betónov. Najnižšia nasákavosť bola zistená u betónu s 33 % recyklovanej náhrady.

Kvalita recyklátu a normotvorná činnosť

Kvalita recyklovaného kameniva je daná prevažne obsahom jednotlivých materiálov v recykláte. Čím viac betónovej zložky recyklát obsahuje, tým nižší dopad na konečné vlastnosti betónu má. Z technologického hľadiska je teda najlepšie využívať čisto betónový recyklát. Problém tkvie v jeho nedostatku.

Existencia systému posudzovania kvality recyklátov pomocou všeobecne záväzných noriem a predpisov má zásadný vplyv na uplatňovanie recyklátov v následnej stavebnej výrobe. To vedie k ich širšiemu využívaniu už v projekčnej fáze, ale aj k ich cenovému približovaniu k cenám nerastných surovín obdobných vlastností. V podmienkach ČR zatiaľ neexistujú, na rozdiel od niektorých krajín EÚ (SRN, Rakúska, Švajčiarska, krajín Beneluxu), všeobecne platné normy pre akosť recyklátov. V prípade drobného kameniva (frakcia 0/4 mm) možno povedať, že betónový recyklát možno skúšať podľa súčasných noriem pre kamenivo do betónu.

Využitie betónového recyklátu v praxi

Recyklovaný betón je dnes poměrně rozšířenou záležitostí. Z drveného betónu sa pomocou drcenia a ďalších úprav oddelí pôvodné kamenivo, ktoré sa následne pridáva do nových betónových zmesí. Použitie betónového recyklátu je zakotvené aj v niektorých normách a je poměrně rozšířené. Recyklát je využiteľný aj do betónu ako náhrada štrku, avšak znova najmä pre betóny nižšej pevnosti na menej zaťažované cesty a parkovacie plochy. Recyklovaný betón je možné použiť aj na pohľadovú konštrukciu.

Rozsiahle možnosti použitia

Výsledný betónový recyklát možno použiť na:

• Podkladové vrstvy ciest a diaľnic, stmelených cementom, ochranných vrstiev cestných komunikácií a štrkového podložia (ako mechanicky spevnená zemina).
• Výrobu nových betónových zmesí (s pridaním certifikovaných receptúr). Každá firma, ktorá sa zaoberá výrobou betónu má svoje vlastné, overené a certifikované receptúry, ktoré používa pri jeho výrobe.
• Tepelnoizolačné a stenové tvárnice.
• Terénne úpravy a oporné múry.
• Ako zásypový materiál s mimoriadne dobrými vlastnosťami a výhodnou cenou. Je preň charakteristická najmä nízka cena a vysoká kompresná hodnota tj. zhutniteľnosť. Oceníte ho najmä pri činnostiach ako zakladanie stavieb, stavba parkoviska, chodníka, odstavnej plochy alebo príjazdovej cesty a pri ďalších terénnych úpravách.
• Využitie do živičných zmesí pre výstavbu a opravy živičných vozoviek za predpokladu dodržania receptúr a pracovných postupov.
• Betónový granulát sa potom v recyklačnom stredisku spracuje na prísadu do nízkoemisného betónu, ktorý sa dodá do blízkych betonární.

Príklady z praxe a inovatívne riešenia

Myšlienka využívania stavebnej sute ako náhrady prírodného kameniva pre výrobu betónu existuje už niekoľko desiatok rokov. Prvé pokusy spracovania sute do betónu prebehli po druhej svetovej vojne.

• Upcycle Studios (Kodaň, Dánsko): V projekte Upcycle Studios v Kodani sa použilo 904 ton recyklovaného betónu, ktorý pochádzal z výstavby kodanského metra. Ten sa použil na podlahové dosky a interiérové priečky, čím sa dosiahla finančná úspora 74 %.
• Kunsthaus Zürich (Švajčiarsko): Aj majestátna budova Kunsthaus Zürich podľa návrhu Davida Chipperfielda vznikla vďaka recyklovanému betónu. Až 95 % použitého betónu bol práve ten recyklovaný od spoločnosti Holzim. Zürich je priekopníkom ekologicky šetrnej výstavby, od roku 2005 musí byť recyklovaný betón použitý pri stavbe všetkých verejných budov.
• Krtkodomy (Slovensko): Martin Pribila si výhody recyklovaného betónu vyskúšal aj v praxi, a to na svojich „krtkodomoch“, premenovaných na Talpa House. Pre hydroizolačné betóny použili na reálnu stavbu 55-percentný recyklát. Cieľom je dostať sa nad 75 % pre hydroizolačné betóny a na 100 % pre nosné betóny nad úrovňou terénu. Ušetrí sa tým 55 až 100 % kameniva.
• Rebetong (Česko): Česká technologická spoločnosť ERC-TECH pred pár rokmi zaujala odbornú verejnosť unikátnym spôsobom výroby betónových zmesí, a to zo 100-percentne recyklovaného stavebného odpadu. Ich betón sa nemieša rovnakým spôsobom ako ten klasický z prírodného kameniva a piesku, ale v iných časových sekvenciách a musia sa doň pridávať nanočastice. Takto vyrobený betón je po skončení svojej životnosti opäť plne recyklovateľný. ERT-TEC sa nakoniec spojil s firmou Skanska a spoločne predstavili patentovaný materiál Rebetong. V roku 2020 sa na trhu objavil Rebetong ako prvý produkt spoločnosti Skanska Transbeton využívajúci stavebnú suť v betóne.
• R-CRETE® (pôvodne Ecocrete) od TBG Metrostav: Dnes má vo svojom sortimente betón využívajúci recyklované kamenivo väčšina výrobcov betónu a možno povedať, že sa jedná už o zavedený produkt.

Použitie ľahčených stavebných prvkov

Nový vylehčený materiál na báze upraveného betónového recyklátu je unikátny v tom, že k upravenému recyklátu je pridaný len cement, recyklované polypropylénové vlákna, prevzdušňovacia prísada (pena) a plastifikačná prísada. Pri spájaní ľahčených blokov pri murovaní je možné využiť aj cementový kompozitný materiál na báze cementu a upraveného betónového recyklátu bez prídavku nového kameniva. Obdobne by sa dala použiť omietka a lepidlo pre tepelnú izoláciu pri zateplení obvodového plášťa a vyrobiť tak celý stavebný systém na báze recyklátu bez pridaného nového kameniva. V roku 2023 skolaudovali v nemeckom meste Heek pilotný projekt domov s prefabrikovanými dielmi z recyklovaných materiálov.

Legislatívne aspekty a budúcnosť

Zhodnocovanie stavebného odpadu sa dostalo do našej legislatívy v rámci Plánu obnovy, túto povinnosť sme zaviedli v júni 2022. Až 70 % stavebného odpadu a odpadu z demolácie, ktorý nie je nebezpečný, je potrebné zhodnotiť alebo zrecyklovať. Práca s odpadmi je do značnej miery riadená zákonmi, vyhláškami a predpismi. Do nových zákonov, predpisov i diskusií sa stále častejšie dostáva tzv. ekomodulácia, ktorá zohľadňuje trvanlivosť, opraviteľnosť, opätovnú použiteľnosť a recyklovateľnosť materiálov a premietnutá bude do poplatkov za likvidáciu odpadu už na úrovni použitia.

Ak beton zostane hlavným stavebným materiálom, a zatiaľ nič nenaznačuje, že by sa to malo v blízkej dobe zmeniť, potom množstvo SDO produkované každý rok nie je schopné pokryť súčasnú spotrebu kameniva potrebného pre výrobu betónu. Z celkom 25,5 mil. t SDO vyprodukovaného v roku 2021 iba necelých 5 mil. t (20,4 %) náležalo inertnému minerálnemu odpadu vo forme betónu, tehál a keramických výrobkov, prípadne ich zmesiam. Na druhou stranu je nutné dodať, že reportované množstvo vyprodukovaného odpadu je podhodnotené. Aby využívanie SDO ako recyklovaného kameniva do betónu dávalo ekologický i ekonomický zmysel, musí sa zdroj nachádzať v blízkosti ako recyklačného strediska, tak i betonárne, ktorá bude recyklát využívať.

tags: #betonovy #recyklat #frakcie