Využitie odpadu z pneumatík v cementových kompozitoch

Úvod

Obr. 1: Železobetónová konštrukcia [1]

V súčasnej dobe prebieha rozsiahly výskum zameraný na hľadanie rôznych aplikácii odpadovej gumy z pneumatík v betonárskom priemysle a aby sa výrazne sa zvýšil podiel tohoto odpadného materiálu. Nízka pevnosť a zlá väzba medzi gumovými časticami a cementovou matricou bráni ich uplatneniu v betonárskom priemysle. Betón však môže obsahovať aj rôzne prímesi a prísady, ktoré sa pridávajú podľa potreby využitia betónu. Najväčšou výhodou tohto materiálu je jeho tvarovateľnosť. Pokým je táto plastická zmes nestvrdnutá, môžu sa z nej formovať ľubovoľné tvary. Po vytvorení požadovaného tvaru nastáva tvrdnutie po ktorom nadobudne pevnosť. [1]

Pneumatiky

Pneumatika tvorí pružnú časť kolies, zabezpečuje odpruženie dopravných prostriedkov a prenáša vzniknuté sily na vozovku. K hlavným surovinám, z ktorých sa vyrábajú pneumatiky patrí prírodná guma, syntetická guma a olej. Pneumatiky sú v dnešnej dobe samozrejmou súčasťou automobilového priemyslu. Vyrába sa z vulkanizovanej gumy, do ktorej sa pridáva textilná alebo oceľová kostra, ktorá môže byť uložená radiálne, teda kolmo ku stredovej osi, alebo šikmo (diagonálne). [2]

Recyklácia

Obr. 2: Použité pneumatiky vhodné na recykláciu a gumový granulát [5]

Ojazdené pneumatiky (obr. 2) predstavujú významný zdroj druhotných surovín. Podľa európskej asociácie výrobcov pneumatík (ETRMA) do automobilového priemyslu patrí 65 % vyrábaných gumených tovarov (napr. tesnenia, izolácie, pneumatiky atď.). Po skončení životnosti sa pneumatiky zaraďujú medzi najväčšie zdroje odpadových gúm. Podľa odhadov sa zistilo, že zhruba 1000 miliónov pneumatík ročne nie je vhodných na ďalšie použitie a protektorovanie. Ak sú tieto údaje správne a nenastane žiadny vývin v recyklácií kaučuku, tak sa toto číslo zvýši do roku 2030 o 20 % teda na 1200 miliónov. [3], [4], [5]

Pre efektívny priebeh recyklácie sa odpadové gumy triedia podľa pôvodu na pneumatiky pre osobné, nákladné automobily a terénne pneumatiky. Toto rozdelenie je zapríčinené odlišnou skladbou pneumatík týchto troch tried. Pneumatiky pre nákladne automobily sa odlišujú od pneumatík pre osobné automobily výrazne väčším podielom prírodného kaučuku a menšieho obsahu výstužného plniva a sadzí. Tretia trieda, teda terénne pneumatiky majú najväčší obsah textilných vlákien, to spôsobuje horšie čistenie gumy. [3], [4], [5]

Postup recyklácie

Opotrebované pneumatiky uložené v skladoch sa dôkladne očistia a pripravia na drvenie. V drviacej linke sa pneumatiky sekajú na kusy o rozmeroch približne 300×300 mm. Takto nasekané rezky, 300×300 mm, sa musia rozdrviť na menšie kúsky s rozmermi 20×20 mm. Ak sú rezky upravené na požadovanú veľkosť, tak oddelíme kovové časti od ostatných pomocou magnetického separátoru. Tento proces sa opakuje po každom procese drvenia. [3]

Týmto procesom odseparujeme približne 95 % kovových častí. Rezky rozmerov 20×20 mm oddelené od kovových zložiek sa presúvajú do prvého granulátoru, kde sú drvené na časti o rozmere 0–10 mm, tzv. hrubý granulát. Tieto časti sa následne drvia pomocou druhého granulátoru a drvia na menší granulát približne 0–4 mm. Vzduchotechnika zabezpečuje odseparovanie textilnej zložky po každom procese drvenia. Pomocou plniaceho zariadenia sa takto upravený granulát plní do kontajnerov alebo big-bagov. [3]

Obr. 3: Postup recyklácie [2]

Obr. 4: Produkty recyklácie [2]

Využitie

Z hľadiska aplikácii gumového granulátu je možné využiť viac alternatív ako vhodnosti odpadovej gumy pre použitie v betóne alebo využitia granulátu ako sypaných materiálov na zlepšenie izolačných vlastností a pod. Pre využitie gumovej drviny v betóne sa skúmal ich vplyv na životnosť, na tlakové a materiálové vlastnosti ako mrazuvzdornosť, vplyv na vlastnosti vysokopevnostných betónov, vodeodolnosť, odolnosť voči oteru, odolnosť voči chloridom. [6]

Betóny, ktoré napr. boli vystavené zmrazovaniu a rozmrazovaniu, sa opätovne rozťahujú a znova zmrašťujú. V betónových zmesiach takéto pohyby zapríčiňujú vznik napätia, ktoré spôsobuje vnútorný tlak. Vďaka vnútornému tlaku je presiahnutá pevnosť v ťahu, čo zapríčiňuje praskanie alebo drobenie betónu.

Pri vysokopevnostných betónoch bol gumový granulát aplikovaný pri realizácií viacerých druhov stavieb napr. výškové budovy alebo mosty. Dôraz sa kládol na zníženie nákladov pri výrobe komponentov z vysokopevnostného betónu a predĺžiť ich trvanlivosť. Podiel gumového recyklátu ako náhrada za prírodného kameniva bol od 0 % do 20 % (vždy po 2,5 %). Výsledky preukázali pri mechanických vlastnostiach porovnateľné parametre s kontrolnou zmesou pri skúškach odolnosti voči oteru a nasiakavosti boli parametre lepšie (náhrada do 10 % granulátu). [7]

Z hľadiska využitia odpadu z pneumatík ako sypaných materiálov bola realizovaná štúdia využitia týchto materiálov ako alternatívneho riešenia – stropná konštrukcia s trojvrstvovou podlahou. Vyznačuje sa tým, že vyrovnávajúca a izolačná vrstva v typickej skladbe podlahy je nahradená zmesou drviny z gumy a plastov, ktorá dokáže vyrovnať podlahu okolo rozvodov, a zároveň plní funkciu izolačnej vrstvy – krokovú izoláciu. Vyznačuje sa tým, že vyrovnávajúca a izolačná vrstva v typickej skladbe podlahy je nahradená zmesou drviny z gumy a plastov, ktorá dokáže vyrovnať podlahu okolo rozvodov, a zároveň plní funkciu izolačnej vrstvy – krokovú izoláciu. Takýmto spôsobom sa vytvorí jedna vrstva zo sypanej izolácie ktorá plní funkciu vyrovnávajúcej a izolačnej vrstvy. Odpadá mokrý proces realizácie vyrovnávacej vrstvy, skráti sa čas výstavby podlahy a zníži sa jej hrúbka. Netreba zdôrazňovať, že sypaná izolácia je produkt recyklácie a spĺňa požiadavku na používanie ekologických surovín a druhotných materiálov v stavbách. [8]

Obr. 5: Frakcie gumovej drviny [3]

Obr. 6: Skladba plávajúcej podlahy použitím sypanej dvojzložkovej izolácie [8]

Z realizovaných konštrukcií trojvrstvových ťažkých plávajúcich podláh na baze sypanej krokovej izolácie sa ukazuje ako vhodný typ napr. dvojzložková zmes drvenej gumy z pneumatík a granúl polypropylénu v pomere 1:1. V prípade použitia zmesi v ľahkej plávajúcej podlahe napr. v drevostavbách, je vhodné použiť pomer 60 % gumovej zložky a 40 % plniva z polypropylénu. Pri tejto kombinácií je možné priaznivo modifikovať dynamickú tuhosť tlmiacej vrstvy v prípade, keď roznášacia vrstva podlahy vykazuje nízku plošnú hmotnosť. Skúsenosti z realizácií dosvedčujú, že navrhnutý spôsob skladby trojvrstvovej plávajúcej podlahy s použitím sypaného izolačného materiálu možno použiť ako vhodnú alternatívu v širokom spektre stropných konštrukcií pri dodržaní všetkých normových, certifikačných a hygienických opatrení. [8]

Záver

Likvidácia opotrebovaných pneumatík a jej dopad na životné prostredie k celosvetovým problémom. Tento článok poukazuje na efektívne využitie recyklovaných častí pneumatík v betónových zmesiach a zároveň naznačuje aj možnosti využitia ako izolačných sypaných materiálov konštrukcii. Výskumy, preukázali, že použitie gumovej drviny v betóne má minimálny vplyv na pevnosti v ťahu, v ťahu za ohybu a tlaku. Taktiež tieto štúdie potvrdzujú, že použitím tejto drviny je možné znížiť absorpciu vody a zvýšiť odolnosť voči oderu. Ďalšie testy preukázali, že betóny s obsahom kaučukovej drviny majú pozitívny vplyv na odolnosť betónových konštrukcii voči agresívnym prostrediam a tým zvyšujú životnosť objektu.

Ďalšie štúdie deklarujú využívanie gumového granulátu ako náhrady napr. v povrchoch vozoviek, recyklovanej gumenej krytiny, recyklovaný betón z granulátu pneumatík a stavebnej sutiny, respektíve vyriešiť % podiel kameniva náhradou vhodného (množstvom a veľkosťou) granulátu z pneumatík. [1]

Stavebný priemysel nedávno prijal výzvu začleniť udržateľnosť do výrobných činností hľadaním surovín šetrnejších k životnému prostrediu alebo využívaním pevných odpadových materiálov ako kameniva do cementového betónu. Jedným z takých riešení sa javí využitie gumového granulátu z pneumatík pre jeho zapracovanie do materiálov na báze cementu, aby sa nahradilo prírodné kamenivo. Tieto pokusy naznačujú šetrnosť k životnému prostrediu a ukazujú sa ekonomicky životaschopné. [7]

Liteartúra

1. UlIslam, M. M., Jie Li, Yu Fei Wu, Roychand, R., Saberian M., Design and strength optimization method for the production of structural lightweight concrete: An experimental investigation for the complete replacement of conventional coarse aggregates by waste rubber particles, Elsevier, vol. 184, 9/2022
2. Zajac J., a kol., Systém dezintegrácie pneumatík, The International Journal of TRANSPORT& LOGISTICS 18/10
3. Liu L., Cai G., Zhang J., Liu X, Liu K., Evaluation of engineering properties and environmental effect of recycled waste tire-sand/soil in geotechnical engineering: A compressive review, Elsevier BV, N.126, 2020
4. Mohajerani A. a kol., Recycling waste rubber tyres in construction materials and associated environmental considerations: Elsevier, vol. 155, 4/2020
5. Svoboda J. a kol., Využitie možností gumového materiálu po recyklácii odpadových pneumatík. Magazín (MOBILITA/STROJE/TECHNOLÓGIE/EKOLÓGIA), 6/2018
6. Blessen S. T. a kol., A comprehensive review on the applications of waste tire rubber in cement concrete. Elsevier, vol. 54, 2/2016
7. Blessen S. T. a R. Ch. Gupta., Properties of high strength concrete containing scrap tire rubber Elsevier, vol. 113, 2/2016
8. Bobik M., Fórro I., Plávajúca podlaha ako ochrana pred hlukom, ASB.sk, 2017