Výroba betonu z recyklovaného kameniva v ČR v roce 2022
Rychlý růst světové populace a její koncentrace ve velkých městech představuje zásadní dopad na stavebnictví a výrobu stavebních materiálů. Právě recyklace stavebních materiálů je účinným řešením pro splnění požadavků na výstavbu nových budov a zároveň dosáhnout udržitelného rozvoje na Zemi. Jak si v tomto směru vede Česká republika a jaké jsou mezinárodní technické požadavky na recyklované kamenivo?
1. Stavebně demoliční odpad
![Obr. 1 Celková produkce odpadů v roce 2019 (CENIA) [3]](/docu/clanky/0247/024793o1.png)
Obr. 1 Celková produkce odpadů v roce 2019 (CENIA) [3]
Stavební a demoliční odpady (SDO) vznikají při různých stavebních činnostech, ať už se jedná o výstavbu, rekonstrukci nebo demolici. V roce 2019 tvořil SDO 63 % z celkové produkce odpadů v ČR. SDO jsou také významným potencionálním zdrojem druhotných surovin, proto je upřednostňována recyklace oproti skládkování. Mezi technologické procesy recyklace patří zejména zdrobňování, třídění a separace stavebních sutí a odpadů. Dále to jsou také postupy, které vedou k opětovnému využití stavebních prvků či dílců. Jeden z hlavních faktorů, který je zodpovědný za efektivitu a kvalitu celého procesu recyklace, je třídění demoličního materiálu přímo na místě jejich vzniku [1], [2], [3].
Od 1. 1. 2021 vstoupil v platnost zákon o odpadech (zákon č. 541/2020 Sb. o odpadech), který např. uvádí, že od 1. ledna 2030 bude zakázáno skládkovat recyklovatelné odpady [2], [4]. Charakter druhu odpadu přímo souvisí se stavebními technikami, které byly za vzniku konstrukcí, jež jsou nyní demolovány, použity. Dále závisí na druhu a stáří stavby. Kvalita SDO je dále ovlivněna vlastnostmi surovin použitých při výstavbě, způsobem zpracování SDO, skladováním a čistotou [2].
1.1 Stavební suť
Stavební suť je tvořena směsí stavebních odpadů, vznikající při demolici zejména pozemních staveb. Složení je zpravidla ovlivněno druhem, konstrukčním řešením, stářím staveb, ale také technologií, kterou se provádí demoliční práce. Směs se může skládat z betonu, železobetonu, cihelného zdiva, zeminy, keramiky, kamenné dlažby, vápenopískových materiálů, maltovin, sádry, dřeva a materiálů na bázi dřeva, oceli, písku, štěrku, plastů, kovů, papíru, asfaltu, dehtu, tmelů, barev a lepidel.
Mezi hlavní recykláty získané z této směsi patří cihelná a betonová drť, které lze využít jako kamenivo do betonu. Pro svou nízkou pevnost v tlaku se cihelná drť používá zejména pro méně náročné stavební hmoty. Mnohem častěji se však využívá jako násypový materiál a jemná cihelná drť se využívá na povrchy sportovišť [2].
2. Národní technické požadavky na recyklované kamenivo
Na recyklované kamenivo se stejně jako na kamenivo přírodní vztahují harmonizované podmínky pro uvádění stavebních výrobků na jednotný evropský trh dle Nařízení (EU) č. 305/2011. Technické požadavky stanoví evropské normy harmonizované k uvedenému Nařízení. Dle stanoveného systému posuzování shody výrobce zajistí provedení zkoušek pro stanovení typu výrobku a u oznámeného subjektu zajistí posouzení a schválení systému řízení výroby, který musí zajistit stálost vlastností deklarovaných výrobcem v rozsahu příslušné harmonizované evropské normy při dodávání výrobku na trh [5].
Technické požadavky na přírodní recyklované kamenivo stanoví harmonizovaná evropská norma EN 12620:2002+A1:2008 (dále ČSN EN 12620+A1) [6]. Jedná se tedy o stavební výrobek, na který výrobce musí povinně vydat prohlášení o vlastnostech a připojuje k němu označení CE. Pouze tento výrobek lze použít pro výrobu jakéhokoliv betonu, nejde-li o kamenivo, na které se tato harmonizovaná norma nevztahuje v rozsahu jejího předmětu. Třídy a úrovně vlastnosti vymezují hranice, ve kterých se hodnoty konkrétního výrobku mohou pohybovat, tedy možný interval hodnot vlastností výrobku [5].
Uvádění anebo dodávání výrobků na trh se podle ČSN EN 206+A2 [7] řídí legislativou jednotlivých členských států EU. V ČR je tím právním předpisem nařízení vlády č. 163/2002 Sb., ve znění nařízení vlády č. 312/2005 Sb. a nařízení vlády č. 215/2016 Sb. ČSN EN 206+A2 [7] je norma určená, tedy stanovující technickou specifikaci na výrobky, podle které se výrobce se musí řídit při dodávání výrobků na trh. Obdobně je to u ČSN P 73 2404 [5], [8].
ČSN EN 206+A2 [7] stanoví v informativní příloze E, mezní hodnoty obsahu recyklovaného kameniva pro beton stupně vlivu prostředí, a to v závislosti na zdroji recyklovaného kameniva. Norma připouští max. 50 % objemu recyklovaného kameniva, jako náhrady hrubého přírodního kameniva pro beton pro třídu prostřední X0. Recyklovaného kameniva typu A i B je možné do betonu, pro stupeň prostředí X0, použít maximálně 50 % (hmotnosti). Pro stupeň XC1 a XC2 je možné použít pouze 30 % recyklovaného kameniva typu A a 20 % typu B. Pro prostředí XC3, XC4, XF1, XA1 a XD1 je možné použít pouze typ A do 30 %. Pro všechny ostatní stupně vlivu prostředí není nadále doporučeno použití recyklovaného kameniva. Recyklované kamenivo typu A musí obsahovat alespoň 90 % betonového recyklátu a méně než 10 % nečistot. Typ B je tvořen minimálně 95 % recyklátu, který je obsahuje minimálně 50 % betonového recyklátu a 45 % recyklátem tvořeným z kameniv, která jsou stmelená hydraulickými pojivy či nestmelená nebo pouze z přírodních kameniv [6], [9].
| Vlastnosti | Článek v EN 12620:2002 + A1:2008 | Druh | Kategorie dle EN 12620 |
|---|---|---|---|
| Obsah jemných částic | 4.6 | A+B | Kategorie nebo deklarovaná hodnota |
| Index plochosti | 4.4 | A+B | ≤ Fl50 nebo ≤ Sl55 |
| Odolnost proti drcení | 5.2 | A+B | ≤ LA50 nebo ≤ SZ32 |
| Objemová hmotnost vysušených zrn ρrd | 5.5 | A | ≥ 2100 kg/m3 |
| B | ≥ 1700 kg/m4 | ||
| Nasákavost zrn | 5.5 | A+B | Hodnota musí být určena |
| Složky | 5.8 | A | Rc90, Rcu95, Rb10−, Ra1−, FL2−, XRg1− |
| B | Rc50, Rcu70, Rb30−, Ra5−, FL2−, XRg2− | ||
| Sírany rozpustné ve vodě | 6.3.3 | A+B | ≤ SS0,2 |
| Obsah ve vodě rozpustných chloridových iontů | 6.2 | A+B | Hodnota musí být určena |
| Vliv na začátek tuhnutí | 6.4.1 | A+B | ≤ A40 |
| a Kategorie NR (bez požadavků) se může použít pro jiné vlastnosti, neuvedené v této tabulce. Pro ně může být kategorie NR deklarována dle EN 12620 b Pro speciální aplikace vyžadující vysokou kvalitu povrchů by měla být složka FL omezena na FL0,2 | |||
ČSN P 73 2404 [8] nadále definuje obsah jemných částic v recyklovaném kamenivu, jehož hodnota musí být menší než 15 %. Obsah humusu se v recyklátu může objevit maximálně v 1 %. Další definovanou vlastností je objemová stálost, kdy smršťování při vysychání musí být menší než 0,075 %.
3. Mezinárodní technické požadavky na recyklované kamenivo
Zahraniční legislativní dokumenty jsou zaměřeny především na možnosti využití recyklovaného kameniva z odpadního betonu, popřípadě cihelných a keramických odpadů z pohledu významnosti a nejvyšší efektivity využití recyklovaného kameniva.
3.1 Německo
V Německu jsou dostupné normy popisující požadavky na kamenivo a další omezení na kvalitu betonu. Tyto normy také obsahují definice míry nahrazení kameniva za recyklované kamenivo pro různé typy betonu. Dále jsou stanoveny požadavky, které poskytují informace o procesu demolice. Platí společně s normou DIN EN 12620: 2008-07 pro recyklované kamenivo s objemovou hmotností zrna ≥ 1 500 kg/m3 pro použití v betonu. Specifikuje testování a vyhodnocování kontrolovaných nebezpečných látek v recyklovaném kamenivu. Použití recyklovaného kameniva 1 a 2 podle této normy a DIN EN 12620: 2008-07 je v normě DIN EN 206-1: 2001-07, DIN EN 206-1 / A1: 2004-10, DIN EN 206-1 / A2: 2005-09 ve spojení s DIN 1045-2: 2008-08 s ohledem na DAfStb beton, recyklované kamenivo. Požadavky na konstrukční požadavky pro typy 3 a 4 podle této normy se vybírají samostatně podle DIN EN 12620: 2008-07.
Dále je platná norma DIN 4226-102, Rezyklierte Gesteinskörnungen nach DIN EN 12620 für Beton – Teil 102: Typprüfung und Werkseigene Produktionskontrolle“. Tato norma platí pouze s DIN 4226-101 a DIN EN 12620: 2008-07 pro recyklované kamenivo s objemovou hmotností zrna ≥ 1 500 kg/m3 pro použití v betonu. Specifikuje typové zkoušky a minimální zkušební frekvence řízení výroby recyklovaného kameniva podle DIN EN 12620: 2008-07, určuje kontrolu kontrolovaných nebezpečných látek [5].
3.2 Belgie
Technický předpis PTV 406 “Recycled aggregate from construction and demolition waste” upravuje složení recyklovaného kameniva. Předpis rozlišuje dva druhy recyklovaného kameniva podle jeho složení. Kamenivo je rozděleno na recyklované kamenivo vysoké kvality a recyklované kamenivo. Vlastnosti odpovídají vlastnostem uvedeným v EN 12620 [5].
| Vlastnost | Požadavek |
|---|---|
| Velikost částic [mm] | d ≥ 4 and D ≥ 10 |
| Obsah jemných částic | f1.5 |
| Odolnost proti drcení | LA40 |
| Index plochosti | Fl20 |
| Složení | Rc90/Rcu95/Ra1−/XRg0.5−/FL2− |
| Objemová hmotnost v suchém stavu [kg/m3] | ≥ 2200 |
| Nasákavost ve 24 hodinách [%] | ≤ 10 ± 2 |
| Sírany rozpustné ve vodě | SS0.2 |
| Obsah humusovitých složek | OSPASS |
| Vliv na počátek tuhnutí | A40 |
3.3 Rakousko
Norma ÖNORM B 3140: 2015 03 01 „Rezyklierte Gesteinskörnungen für das Bauwesen“ popisuje využití recyklovaného kameniva ve stavebnictví. Norma v důsledku speciálních rakouských geografických, topografických a klimatických podmínek specifikuje požadavky na recyklované kamenivo pro asfaltové a povrchové úpravy silnic, letišť a ostatních dopravních ploch podle kategorií ÖNORM EN 13043. Tato norma ÖNORM se používá společně s ÖNORM EN 13043. Odstraňování asfaltu pro použití ve směsi zpracovávané za tepla by mělo být postupování v souladu s normou ÖNORM EN 13108-8 [5].
3.4 Nizozemsko
Holandským centrem CUR (Civieltechnisch Centrum Uitvoering Research en Regelgeving) byla vyvinuta specifikace pro použití recyklovaného kameniva. Stanoveny jsou dvě třídy recyklovaného kameniva. Norma definuje minimální objemovou hmotnost recyklovaného kameniva 2100 kg/m3. Maximální nasákavost kameniva není stanovena a dále norma definuje složení jednotlivých typů recyklovaného kameniva [5].
4. Výroba betonu z recyklovaného kameniva
Obr. 2 Princip recyklace stavebních demolic
Firma ERC BETON s.r.o. nabízí řešení, jak účelně zpracovat stavební odpad vznikající při demolici starých budov, jak z něj vyrobit recyklované kamenivo požadované čistoty a křivky zrnitosti a jak z něj následně vyrobit beton. Přitom beton vyrobený z takto získaného recyklovaného kameniva má nižší objemovou hmotnost a výrobní náklady jsou až o 20 % nižší než je tomu u betonu z přírodního kameniva.
Strategicky se koncept výroby betonu z recyklovaného kameniva opírá o snižující se dostupnost přírodního kameniva do betonu. Využití recyklovaného kameniva a snížení těžby přírodního kameniva je tedy nezbytné pro zachování trvalé udržitelnosti na zemi.
V ideálním případě se stavební suť může zpracovat přímo na místě jejího vzniku, tedy na stavbě. Šetří se tím jak náklady na její přepravu na skládku, tak uhlíková stopa s tím spojená. Výrazně se tím snižuje skládkování, což nakonec vyžaduje i nová odpadová legislativa.
4.1 Co lze z recyklovaného betonu vyrobit
- Transportní beton: čerstvý beton určený pro základy staveb, podkladní konstrukce, výplňové betony apod.
- Prefabrikované výrobky: betonové bloky, silniční panely, opěrné stěny, protihlukové stěny, plotové dílce, dekorativní zahradní prvky apod.
- Monolitické stavby: velkou výhodou výroby betonu z recyklovaného kameniva je jeho nižší objemová hmotnost a nižší výrobní náklady. To vše lze úspěšně využít při stavbě rodinných domů, kanceláří a skladových hal.
Obr. 3 Příklady použití betonu z recyklovaným kamenivem
Nemáme ambice konkurovat betonům vyráběným z přírodních kameniv, nabízíme ale alternativu tam kde je to účelné a výhodné. V ČR se ročně vyrobí kolem 10 mil. m3 betonu, kdybychom nahradili jen 10 % těchto betonů, podařilo by se zužitkovat ročně až 1,6 mil. tun stavebního odpadu a ušetřit stejné množství přírodního kameniva.
4.2 Co brání dalšímu rozšíření výroby betonu z recyklovaného kameniva
Dnešní betonářská norma ČSN EN 206+A2 [7] dovoluje při výrobě betonu nahradit přírodní kamenivo jen částečně. Přitom naše řešení umožňuje použít pro výrobu betonu až 100 % recyklovaného kameniva.
Statici a projektanti se prozatím drží betonářské normy ČSN EN 206+A2 [7] a jen těžko se překonává jejich nedůvěra v beton z recyklovaného kameniva. Přitom beton z recyklovaného kameniva lze bez problémů použít pro základy staveb, podkladní konstrukce, výplňové betony, protihlukové dílce apod. Pokud by projektanti vzali v potaz specifické vlastnosti recyklovaného betonu, dal by se tento použít i do některých konstrukčních prvků budov a našel by tak ještě mnohem širší uplatnění. V této situaci je silně potřebný rychlejší postup v úpravě souvisejících národních norem, které by definovaly požadavky na recyklované kamenivo do betonu a na beton vyrobený z recyklovaného kameniva. Nutná je i větší podpora státu a příslušných ministerstev při využívání recyklovaných stavebních materiálů v praxi.
Je nezbytné měnit zažité postupy při recyklaci stavebních odpadů a zvyšovat využití recyklovaných stavebních materiálů ve stavebnictví, abychom zajistili trvale udržitelný rozvoj na zemi, tak jak to nakonec vyžaduje i nová odpadová legislativa Evropské unie.
4.3 Naši partneři
Jeden z prvních partnerů, který začal na základě našeho řešení vyrábět beton ze 100 % recyklovaného kameniva je brněnská firma THERMOSERVIS-TRANSPORT s.r.o., působící na trhu již 30 let. Zabývá se dopravou sypkých hmot, výkupem, ukládkou a recyklací stavebních odpadů a komplexním řešením v oblasti zemních prací a zakládání staveb. Výrobu betonu z recyklovaného kameniva zvolila jako zajímavou alternativu ke svým službám.
Dalším partnerem, který využívá naše řešení je společnost ALAS SLOVAKIA, s.r.o. ALAS je členem nadnárodní skupiny ALAS BAUSTOFF – HOLDING, která působí v 5 evropských zemích a která provozuje na Slovensku 5 kamenolomů, 7 pískoven a 7 betonáren. Jelikož jejich strategií jsou komplexní služby pro zákazníka, provádí také ukládku stavební suti a její recyklaci. Dodávky betonu z recyklovaného kameniva jsou pro jejich zákazníky velmi zajímavým benefitem, který se týká materiálového využití odpadů a enviromentální šetrnosti při provádění staveb.
5. Experimentální ověření vlastností betonu s betonovým recyklátem
V rámci experimentu byly navrženy dvě receptury betonů v pevnostní třídě C 30/37, S4 s přírodním kamenivem (NA) a betonovým recyklátem (RCA) jako částečné náhrady hrubých frakcí přírodních kameniv. V případě všech receptur bylo použito konstantní množství cementu a přírodního drobného kameniva frakce 0–4 mm.
| Složení [kg/m3] | CEM I 42,5 R | 0–4 mm přírodní | 4–8 mm přírodní | 4–8 mm recykl. | 8–16 mm přírodní | 8–16 mm recykl. | 16–22 mm přírodní | Voda | Přísada plast. |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| C 30/37 NA | 360 | 789 | 220 | – | 500 | – | 297 | 178 | 2,88 |
| C 30/37 RCA | 360 | 789 | – | 160 | – | 382 | 255 | 192 | 2,88 |
| Beton | Konzistence sednutí kužele [mm] | |||
|---|---|---|---|---|
| 3 min. | 30 min. | 60 min. | 90 min. | |
| C 30/37 NA | 210 | 200 | 195 | 185 |
| C 30/37 RCA | 220 | 200 | 185 | 170 |
Na čerstvém betonu byla stanovena konzistence betonu metodou sednutí kužele. V případě betonu pouze s přírodním kamenivem (NA) bylo dosaženo stupně sednutí S4 s dávkou vody 178 kg/m3, u betonu s recyklovaným kamenivem (RCA) bylo nutné zvýšit dávku vody o 14 kg/m3. Byla sledována změna zpracovatelnosti betonu v čase od zamíchání po dobu 90 minut (viz Tab. 4). Vlivem výrazně vyšší nasákavosti betonového recyklátu dochází do 90 min. ke zhoršení konzistence o 1 stupeň i při vyšší počáteční dávce záměsové vody.
| Beton | Objemová hmotnost DZB [kg/m3] | Pevnost v tlaku fc [MPa] | ||
|---|---|---|---|---|
| 7 dní | 28 dní | 7 dní | 28 dní | |
| C 30/37 NA | 2340 | 2330 | 35,9 | 46,4 |
| C 30/37 RCA | 2290 | 2280 | 30,1 | 39,2 |
6. Závěr
Při vhodné skladbě surovin a optimálním návrhu složení a kvalitním betonovém recyklátu je možné reálně dosahovat pevnostních tříd C 30/37 při konzistencích S4 i při 100% náhradě přírodních hrubých frakcí kameniv. Je nutné počítat s rychlejší ztrátou konzistence v čase do 60 až 90 minut, než u přírodních kameniv. Je zřejmé, že konečné pevnosti v tlaku nebudou dosahovat při stejných dávkách pojiva totožných hodnot jako u betonů s přírodním kamenivem. V daném případě pokles činil při srovnatelných výchozích konzistencích cca 20 % ve stáří 28 dnů.
7. Literatura
- ŠKOPÁN, M. Analýza stavu recyklace stavebních a demoličních odpadů a strategie dalšího rozvoje. RECYCLING 2006 [online]. 2006 [cit. 19.02.2021], s. 88–95. Dostupné z: http://arsm.cz/dok/Sbornik_2006.pdf
- JUNGA, P., VÍTĚZ, T., TRÁVNÍČEK, P. Technika pro zpracování odpadů. Brno: Mendelova univerzita v Brně, 2015. ISBN 978-80-7509-209-0.
- Celková produkce odpadů – ISSaR. ISSaR – Informační systém statistiky a reportingu [online]. Copyright © 2021 CENIA, česká informační agentura životního prostředí [cit. 18.02.2021]. Dostupné z:
https://www.envirometr.cz/data - 541/2020 Sb. Zákon o odpadech. Zákony pro lidi – Sbírka zákonů ČR v aktuálním konsolidovaném znění [online]. Copyright © AION CS, s.r.o. 2010 [cit. 22.05.2021]. Dostupné z: https://www.zakonyprolidi.cz/cs/2020-541?text=odpad
- KLEČKA, T. a kol. Analýza problematiky výroby betonu s recyklovaným kamenivem. Závěrečná zpráva, Rozborový úkol RU/001/19, 2021.
- ČSN EN 12620+A1 Kamenivo do betonu. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2008.
- ČSN EN 206+A2 Beton – Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2021.
- ČSN P 73 2404 Beton – Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda – Doplňující informace. Praha : Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2021.
- PIJÁČKOVÁ, E. Možnost využívání betonových recyklátů pro výrobu konstrukčních betonů. Brno, 61 pp, 2021. Bakalářská práce, VUT v Brně, Fakulta stavební. Vedoucí práce prof. Ing. Rudolf Hela, CSc.
Poděkování
Příspěvek byl vytvořen v rámci řešení projektu TAČR č. SS 02030008 Centrum environmentálního výzkumu – Odpadové a oběhové hospodářství a environmetální bezpečnost (CEVOOH).
Problematika výroby betonu z recyklovaných stavebních a demoličních odpadů je velmi aktuální nejen v ČR, ale ve většině zemí EU. V dané oblasti je prováděna velká řada experimentů, které potvrzují, že při dodržení technologické kázně při výrobě recyklátů a následně i betonové směsi, která je jako plnivo obsahuje, lze dosáhnout velmi kvalitních a zejména v čase stabilních výsledků. Pro výrobu betonů platí v ČR (obdobně jako v ostatních zemích EU) závazná norma ČSN EN 206+A2: Beton specifikace, vlastnosti, výroba a shoda. Tato norma povoluje velmi omezené využívání recyklovaných betonů a cihel jako plnivo. Vyšší obsahy plniva z recyklovaných SDO je však možné stanovit doplňkovou národní normou, která je připravována. Článek prof. Hely je z tohoto pohledu velmi cenným a kvalitním příspěvkem pro jednoznačně prokazatelnou technickou argumentaci v rámci této aktivity.
The rapid growth of the world's population and its concentration in large cities represents a major impact on the construction industry and the production of building materials. It is the recycling of building materials that is an effective solution to meet the requirements for the construction of new buildings and at the same time achieve sustainable development on earth.