Ověření vlastností recyklovaného betonového kameniva z dvoufázové recyklace
Z hlediska vlastností recyklovaného kameniva byla zkoumána frakce 8–16 mm, která se v praxi již běžně používá za dodržení normových požadavků, a dále o frakce 4–8 mm, jejíž použití je z hlediska normových předpisů problematické. Článek je zaměřen zejména na vlastnosti recyklovaného betonového kameniva, které ve velké míře ovlivňují návrh betonové směsi.
1. Úvod
Využití recyklovaného betonového kameniva (RBK) ze stavebního a demoličního odpadu (SDO) jako částečné nebo úplné náhrady kameniva do betonu patří k nejefektivnějším možnostem použití. Výzkum v této oblasti probíhá v různých částech světa již 40 let a byly již publikovány komplexní výsledky vlastností betonů s hrubým recyklovaným kamenivem [1, 2]. V tomto období byly na různých místech světa zkoumány mechanické a fyzikální vlastnosti betonu s recyklovaným kamenivem včetně jeho trvanlivostních charakteristik.
Možnosti náhrady hrubé frakce kameniva v betonech recyklovaným kamenivem a požadavky na vlastnosti recyklovaného kameniva jsou stanoveny v platných českých normách [3, 4]. Do těchto norem se promítly zkušenosti z mnohaletých výzkumů vlastností RBK a jeho vlivu na vlastnosti betonu.
Během drcení betonu v druhé fázi recyklačního procesu, kdy jsou drceny pouze betonové fragmenty frakce 16 až 128 mm, vzniká betonový prach. Jde tedy o čistý beton, který se běžně při drcení dostává do ovzduší a tím ho znečišťuje, proto je nutné v mnoha případech v průběhu drcení přistoupit ke zkrápění vodou. Proto byl v rámci řešení projektu TAČR (TH02030649) navrženo řešení, při kterém se tento prach zachytává přímo v místě jeho vzniku. Z tohoto důvodu se prach nedostane do ovzduší a není tak třeba využívat vodu pro zkrápění, odpadní materiál je zachytáván, a také je možné ho při betonáži využít jako minerální příměs.
Dalším produktem, který vzniká při drcení betonu ve druhé fázi recyklačního procesu, tj. při drcení čistého, již jednou předrceného a vytříděného betonu, je betonové recyklované kamenivo drobné frakce, tj. frakce 0–4 mm. Využití této frakce recyklovaného kameniva není normou v tuto chvíli umožněno, přestože při drcení čistého betonu vzniká čistý materiál bez nežádoucích složek, jako jsou například jíly. Při částečné náhradě písku frakce 0–4 mm betonovým recyklovaným kamenivem frakce 0–4 mm dochází zpravidla ke zlepšení vlastností betonů [5–9]. Jedním z důvodů tohoto zlepšení vlastností je, že při kombinaci přírodního a recyklovaného kameniva, které mají rozdílnou zrnitost, dochází k lepší shodě s optimální čárou zrnitosti suché betonové směsi [9]. Dalším důvodem možného zlepšení vlastností je možný obsah nezhydratovaného cementu v jemných částečkách drobného recyklovaného kameniva. Obsah cementu však způsobuje vyšší nasákavost kameniva, což vede k nutnosti návrhu vody potřebné pro kompenzaci této vyšší nasákavosti, aby byla dodržena požadovaná zpracovatelnost čerstvé směsi. Ověření vlastností jemné frakce RBK (0–4 mm) není zahrnuto v tomto článku.
2. Materiály a metody
V rámci laboratorních testů byly ověřeny vlastnosti RBK, které pocházelo z druhé fáze dvoufázové recyklace spolupracujícího recyklačního střediska. Výsledky byly porovnány s přírodním kamenivem (PK)1 hrubých frakcí (4–8 a 8–16 mm).
2.1 Vlastnosti recyklovaného betonového kameniva
Byly ověřeny základní vlastnosti RBK frakcí 4–8 a 8–16 mm. Z obrázku (Obrázek 1) je patrné, že není v RBK obsažena jemná frakce, která se odděluje pomocí zařízení na zachytávání jemných částic. Na dalším obrázku (Obrázek 2) jsou fotografie ze zkoušení vlastností RBK.
RBK 1 (4–8 mm)
RBK 1 (8–16 mm)
RBK 2 (4–8 mm)
RBK 2 (8–16 mm)
Obrázek 1 Hrubé recyklované betonové kamenivo RBK 1 a RBK 2 frakce 4/8 a 8/16
RBK 1 (4–8 mm)
RBK 1 (8–16 mm)
Identifikační test RBK 1 (4–8 mm)
Obrázek 2 Zkoušení nasákavosti RBK 1 pyknometrickou metodou a identifikační test RBK 1
Identifikační test
Výsledky ukazují, že RBK obsahovalo více než 90 % betonu a nestmeleného kameniva. Je tedy možné ho dle ČSN EN 12620 + A1 [3] zařadit jako kamenivo typu 1 (Tabulka 1, Obrázek 3 a Obrázek 4).
| Materiál | Značka | RBK 1 | RBK 2 | ||
|---|---|---|---|---|---|
| 4–8 mm | 8–16 mm | 4–8 mm | 8–16 mm | ||
| Beton, betonové výrobky, malta [%] | Rc | 63,1 % | 53,4 % | 62,0 % | 55,3 % |
| Nestmelené kamenivo, přírodní kámen [%] | Ru | 30,4 % | 43,3 % | 31,0 % | 42,8 % |
| Pálené zdící prvky – cihly [%] | Rb | 2,1 % | 0,9 % | 1,8 % | 0,3 % |
| Asfaltové materiály [%] | Ra | 4,4 % | 2,3 % | 5,1 % | 1,7 % |
| Plovoucí materiály [%] | FL | 0,0 % | 0,0 % | 0,0 % | 0,0 % |
| Soudržné materiály (např. jíl a zemina) [%] | X | 0,0 % | 0,0 % | 0,0 % | 0,0 % |
| Sklo [%] | Rg | 0,0 % | 0,0 % | 0,0 % | 0,0 % |
| Beton + kamenivo [%] | Rc + Ru | 93,5 % | 96,7 % | 93,0 % | 98,1 % |
Obrázek 3 Procentuální zastoupení jednotlivých látek v RBK 1
Obrázek 4 Procentuální zastoupení jednotlivých látek v RBK 2
Zrnitost
Zrnitost byla zkoušena dle ČSN EN 933-1 [10] je vyjádřena křivkou zrnitosti a jedná se o průměr z více měření. Křivky zrnitosti recyklovaného betonového kameniva RBK 1 a RBK 2 jsou v grafu (Obrázek 5).
Křivka zrnitosti ukazuje téměř shodný průběh obou typů RBK frakce 4–8 mm. Kamenivo RBK 1 frakce 8–16 mm obsahuje vyšší podíl frakce 4–8 mm než RBK 2. Z hlediska požadavků normy na zrnitost kameniva nejsou tyto limity u všech frakcí kameniva RBK splněny.
Obrázek 5 Křivky zrnitosti RBK 1 a RBK 2 včetně limitů uvedených v normě
Výsledky obsahu jemných částic – u hrubých frakcí RBK 1 (4–8 a 8–16 mm) je podíl jemných částic srovnatelný s PK, u kameniva RBK 2 je nejvyšší podíl jemných částic (Tabulka 2).
| PK | RBK 1 | RBK 2 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 4–8 mm | 8–16 mm | 4–8 mm | 8–16 mm | 4–8 mm | 8–16 mm | |
| Obsah jemných částic [%] | 0,1 | 0,2 | 0,20 | 0,1 | 0,5 | 0,35 |
Objemová hmotnost a nasákavost
Objemová hmotnost a nasákavost kameniva ovlivňuje návrh betonové směsi. RBK 1 vykazuje vyšší nasákavost a nižší objemovou hmotnost oproti přírodnímu kamenivu z důvodu cementové pasty, která se v recyklovaném kamenivu vyskytuje. Objemová hmotnost a nasákavost recyklovaného kameniva je uvedena v tabulce (Tabulka 3). Vlastnosti byly zkoušeny dle normy ČSN EN 1097-6 [11] a pro porovnání bylo zkoušeno i PK.
| Druh kameniva | Objemová hmotnost [kg/m3] | Nasákavost [%] | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| frakce | σ | frakce | σ | |||||
| 4–8 mm | 8–16 mm | 4–8 mm | 8–16 mm | 4–8 mm | 8–16 mm | 4–8 mm | 8–16 mm | |
| PK 2019 | 2570 | 2540 | 12 | 12 | 1,69 | 1,88 | 0,23 | 0,22 |
| RBK 1 | 2150 | 2210 | 31 | 17 | 8,09 | 6,97 | 0,40 | 0,20 |
| RBK 2 | 2270 | 2340 | 19 | 35 | 8,84 | 5,70 | 0,26 | 0,56 |
Mrazuvzdornost
Mrazuvzdornost recyklovaného kameniva byla zkoušena v souladu s normou [12]. Velikost frakce kameniva, která byla zvolena pro test se lišila podle hrubosti drtící jednotky. Vyhodnocení zkoušky bylo provedeno podle normy ČSN EN 13242+A1 [13], která specifikuje 4 kategorie odolnosti.
Výsledky dokazují, že recyklované kamenivo má horší odolnost vůči zmrazovacím a rozmrazovacím cyklům a je tedy nutné se zaměřit na mrazuvzdornost betonů s RBK.
| M1 [g] | M1 – M2 [g] | F [–] | Kategorie | |
|---|---|---|---|---|
| RBK 1 (4–8 mm) | 1416,4 | 134,2 | 9,5 | F4 |
| RBK 1 (8–16 mm) | 1417,6 | 104,2 | 7,4 | F4 |
Diskuse výsledků
Z provedených zkoušek lze vyvodit tyto závěry:
- Identifikační test ukazuje, že pro obě frakce platí více než 90% zastoupení betonu a nestmeleného přírodního kameniva.
- Zrnitostní křivky ukazují rozdílný průběh křivky zrnitosti pro betonové recyklované kamenivo a přírodní kamenivo.
- Objemová hmotnost hrubého recyklovaného kameniva je nižší v porovnání s přírodním kamenivem, splňuje však požadavek normy [3] pro kamenivo typu A, který je 2000 kg/m3.
- Nasákavost hrubého betonového recyklovaného kameniva je v porovnání s přírodním kamenivem 3,5 až 5krát vyšší. Důvodem je především vyšší pórovitost recyklovaného betonového kameniva.
- Mrazuvzdornost recyklovaného kameniva dosahuje horších parametrů v porovnání s přírodním kamenivem a nesplňuje požadavek normy ČSN EN 13242+A1.
3. Závěr
Tento článek se věnuje vlastnostem recyklovaného betonového kameniva (RBK) z dvoufázové recyklace a porovnání jeho vlastností s vlastnostmi přírodního kameniva. Předtím než je RBK použito do betonové směsi je třeba znát jeho základní vlastnosti jako je zrnitost, obsah jemných částic, objemová hmotnost a nasákavost. Tyto parametry pak vstupují do návrhu receptury a ovlivňují i samotné míchání, kdy je třeba kvůli vysoké nasákavost RBK uvažovat s vodou potřebnou pro přednasáknutí směsi.
Ze základních laboratorních testů pro kamenivo byl proveden identifikační test, jehož výsledek určuje typ kameniva, a tím možnosti jeho použití do betonu. Z geometrických vlastností byla zkoušena zrnitost a obsah jemných částic, z fyzikálních vlastností objemová hmotnost, nasákavost a z trvanlivostních vlastností mrazuvzdornost. Výsledky ukazují horší vlastnosti kameniva v porovnání s přírodním kamenivem a složení materiálů odpovídá recyklovanému kamenivu typ A, které je možné v omezené míře použít do betonu.
Poděkování
Tato práce vznikla za finanční podpory MŠMT v rámci programu NPU I č. LO1605 a TAČR TH02030649 Environmentálně efektivní stavební a demoliční odpad do konstrukcí (EESDOK).
Reference
- DE BRITO, J. a Nabajyoti SAIKIA. Recycled Aggregate in Concrete: Use of Industrial, Construction and Demolition Waste. B.m.: Springer Science & Business Media, 2012. ISBN 978-1-4471-4540-0.
- PACHECO-TORGAL, Fernando, Vivian TAM, Joao LABRINCHA, Yining DING a J. DE BRITO. Handbook of Recycled Concrete and Demolition Waste. B.m.: Elsevier, 2013. ISBN 978-0-85709-690-6.
- ČSN EN 12620+A1 Kamenivo do betonu. B.m.: CEN. 2008
- ČSN EN 206+A1 Beton – Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda. B.m.: CEN. 2018
- EVANGELISTA, L. a J. DE BRITO. Concrete with fine recycled aggregates: a review. European Journal of Environmental and Civil Engineering [online]. 2014, 18(2), 129–172. ISSN 1964-8189. Dostupné z: doi:10.1080/19648189.2013.851038
- EVANGELISTA, L. a J. DE BRITO. Mechanical behaviour of concrete made with fine recycled concrete aggregates. Cement and Concrete Composites [online]. 2007, 29(5), 397–401. ISSN 0958-9465. Dostupné z: doi:10.1016/j.cemconcomp.2006.12.004
- EVANGELISTA, L. a J. DE BRITO. Durability performance of concrete made with fine recycled concrete aggregates. Cement and Concrete Composites [online]. 2010, 32(1), 9–14. ISSN 0958-9465. Dostupné z: doi:10.1016/j.cemconcomp.2009.09.005
- EVANGELISTA, L., M. GUEDES, J. DE BRITO, A. C. FERRO a M. F. PEREIRA. Physical, chemical and mineralogical properties of fine recycled aggregates made from concrete waste. Construction and Building Materials [online]. 2015, 86, 178–188. ISSN 0950-0618. Dostupné z: doi:10.1016/j.conbuildmat.2015.03.112
- PAVLŮ, Tereza. The Comparison of Properties of Fine Recycled Aggregate Concrete from Different Sources of Recycled Aggregate. Key Engineering Materials [online]. 2018, 760, 176–183. ISSN 1662-9795. Dostupné z: doi:10.4028/www.scientific.net/KEM.760.176
- ČSN EN 933-1 Zkoušení geometrických vlastností kameniva – Část 1: Stanovení zrnitosti – Sítový rozbor. B.m.: CEN (Praha). 2012
- ČSN EN 1097-6 Zkoušení mechanických a fyzikálních vlastností kameniva – Část 6: Stanovení objemové hmotnosti zrn a nasákavosti. B.m.: CEN (Praha). 2014
- ČSN EN 1367-1 Zkoušení odolnosti kameniva vůči teplotě a zvětrávání – Část 1: Stanovení odolnosti proti zmrazování a rozmrazování. B.m.: CEN (Praha). 2007
- ČSN EN 13242+A1 Kamenivo pro nestmelené směsi a směsi stmelené hydraulickými pojivy pro inženýrské stavby a pozemní komunikace. B.m.: CEN (Praha). 2008
Poznámka
1 Přírodní těžené kamenivo – štěrkopísek (Poděbrady – Kluk) ... Zpět
This article deals with the properties of recycled concrete aggregate (RCA) from two-phase recycling. Specifically, it is the 8–16 mm fraction, which is already commonly used in practice in compliance with standard requirements, the 4–8 mm fraction, the use of which is problematic from the point of view of standard regulations. The article focuses mainly on the key properties of RCA that affect the design of concrete mixtures.