Současnost a perspektivy použití recyklovaného kameniva do betonu – poznámky a komentáře z pohledu legislativy

17. 3. 2021 - Technologie | | Stáhnout článek v PDF

V úvodu článku je uveden přehled kameniva používaného do betonu, včetně definic a návazností na v současnosti platné normy. Další část je věnována otázce recyklovaného kameniva a možnostem jeho výroby opět v návaznosti na normy. V závěru je s ohledem na aktuální stav těžby přírodních surovin akcentována nutnost zahájit diskuzi s orgány státní správy ohledně kapacity těžby přírodního kameniva pro výrobu betonu do budoucnosti a rovněž hledat možnosti k rozšíření používání recyklovaného kameniva pro tento účel.

Řezy betonem s různými druhy kameniva: 1) přírodní těžené, 2) přírodní těžené drcené, 3) umělé, 4) recyklované z betonu, 5) recyklované ze zdiva (source: fedbeton.be)

Beton, co do objemu celosvětově nejpoužívanější stavební materiál, je tvořen třemi základními složkami – kamenivem, cementem a vodou. Kamenivo je kostrou či pilířem, na kterém beton stojí, cement pevně spojuje a tmelí všechny části kostry dohromady a voda je obrazně řečeno jakýmsi iniciátorem, činidlem, umožňujícím nastartovat a zdárně dokončit proces hydratace cementu (vznik pevného tmelu), přičemž umožňuje zpracování čerstvého betonu do požadovaného tvaru, formy.

Již řadu let obsahují moderní betony i další neodmyslitelné složky jako např. přísady, příměsi, vlákna apod., bez nichž by současný beton ani nemohl existovat a procházet takovým zásadním inovačním procesem, jehož jsme svědky. Základní složky však byly, jsou a zůstanou vždy pouze tři (viz definice v ČSN EN 206+A1 [1]).

Kamenivo do betonu

V současnosti se kamenivo do betonu dělí dle [1] na základě dvou kritérií, a to podle původu (přírodní, umělé, regenerované a recyklované) a podle objemové hmotnosti (pórovité, hutné a těžké), definice jsou uvedeny v tab. 1.

Tab. 1 Dělení kameniva podle původu a podle objemové hmotnosti

Při výrobě betonu v dosavadní historii absolutně převažuje použití kameniva přírodního hutného. Jeho mechanické charakteristiky (pevnost v tlaku, pevnost v tahu a modul pružnosti) jsou dlouhodobě testovány a pro jednotlivé druhy hornin známy.

Dlouhou tradici má i používání kameniva umělého, uváděného ve standardech již před rokem 1990 (např. v [2]), kde jsou definována umělá kameniva keramzit, termolit, agloporit, strusková pemza, expandovaná struska, expandovaný perlit a expandovaný vermikulit. V současnosti je nejznámějším umělým kamenivem keramzit, dodávaný na trh pod obchodním názvem Liapor.

Regenerované kamenivo vzniká hlavně ze zbytků čerstvého či ztvrdlého betonu, který nebyl dále zpracován. V případě získání kameniva rozplavením čerstvého betonu se toto kamenivo smí použít znovu pro výrobu betonu vlastním výrobcem betonu, a pokud nedojde ještě k následnému roztřídění na definované frakce, smí se použít pouze do 5 % hmotnosti z celkového množství kameniva v receptuře konkrétního betonu. Pokud by k roztřídění na hrubou a drobnou frakci došlo, musí vyhovovat normě pro kamenivo do betonu [6]. Kamenivo vzniklé rozplavením čerstvého betonu se využívá hlavně na betonárnách při likvidaci zbytků vráceného betonu (přebytek ze stavby) za účelem eliminace objemu odpadu. Pokud by se používalo kamenivo vzniklé rozdrcením ztvrdlého, dosud nepoužitého betonu v objemu vyšším než 5 %, musí být považováno za kamenivo recyklované.

Možnost použít pro výrobu betonu recyklované kamenivo, tedy kamenivo anorganického původu vzniklé drcením materiálu stávající stavební konstrukce, není záležitostí či objevem poslední doby, jak by se mohlo zdát. Možnost použít jiný než přírodní materiál je zmíněna již v ČSN 72 1510 [2] z roku 1987, kde se v definici pojmu „drcené kamenivo“ připouští drcení jak přírodního kamene, tak i jiného vhodného anorganického materiálu za účelem získání kameniva. Pojem recyklované kamenivo se pak objevuje v prvním vydání ČSN EN 206 – 1 z roku 2001 [4], kde je v bodě 3.1.24 v definici pojmu „kamenivo“ uvedeno, že jde o anorganický materiál vhodný do betonu, který může být přírodní, umělý nebo recyklovaný z materiálu, který byl dříve použitý v konstrukci. Samostatná definice recyklovaného kameniva, které je možné použít při výrobě betonu, se pak objevuje v ČSN EN 206 z roku 2014 [5], ve které se uvádí, že recyklované kamenivo je kamenivo získané při úpravě anorganického materiálu dříve použitého v konstrukci.

Recyklované kamenivo do betonu

Jak z výše řečeného a z normy [2] vyplývá, recyklované kamenivo pro stavební účely, resp. pro použití do betonu je teoreticky možné využívat již řadu let, neřkuli desítek let. Přesto se tzv. stavební suť vzniklá drcením konstrukcí při demolicích dosud masivně využívá převážně jako materiál pro zásypy a podobné konstrukce, nikoliv jako kamenivo do betonu.

V posledním platném vydání normy ČSN EN 12620+A1 Kamenivo do betonu z roku 2008 [6] jsou možnosti použití recyklovaného kameniva do betonu již poměrně široké. Norma samotná je určena pro kamenivo vzniklé úpravou přírodního, umělého nebo recyklovaného materiálu a zahrnuje kameniva s objemovou hmotností po vysušení větší než 2 000 kg/​​m3, přičemž s příslušným upozorněním je možné používat i recyklované kamenivo s nižší objemovou hmotností v intervalu 1 500 až 2 000 kg/​​m3. Norma též (viz poznámka 1 ke kapitole 1) uvádí, že kamenivo používané v konstrukcích má vyhovovat všem požadavkům v této normě uvedeným, přičemž uvedené požadavky se vztahují perspektivně i na nové nebo neznámé zdroje kameniva. Zároveň je zde zmíněno, že zkušební normy, kterými by se ověřovaly vlastnosti recyklovaného kameniva odpovídající normě [6], jsou zatím ve vývoji. Pokud je autorovi známo, nejsou zatím tyto zkušební normy k dispozici. Recyklované kamenivo, pokud je použito pro výrobu betonu, musí plně vyhovovat uvedené normě a předpisům pro nebezpečné látky ve smyslu přílohy ZA normy [6]. Požadavky na jiné typy kameniva (pórovité kamenivo) nebo kameniva pro jiné účely (malty, nestmelené směsi pro kolejová lože, kámen pro vodní stavby) jsou pak specifikovány v jiných evropských standardech řady EN 13.

Proč se recyklované kamenivo do betonu nepoužívá ve větším rozsahu?

Hlavní příčinou dosud menšího podílu recyklovaného kameniva při výrobě betonu nejsou v první řadě bariéry v předpisech. Autor vidí dosavadní důvody v následujících skutečnostech:

  • zpracovatelé materiálu z demolic stavebních konstrukcí dosud nenabízejí produkt, který by splňoval podmínky pro kamenivo do betonu dle [6],
  • podíl hrubé frakce recyklovaného kameniva v betonech dle [6] byl a je dosud omezen v ČSN EN 206+A1 [5] či v národních úpravách této normy, v Německu je to např. [7], a to z důvodu neexistujících dostatečných zkušeností s přenosem jeho vlastností do betonu, s kterými uvažují normy pro navrhování betonových konstrukcí – Eurokód [8],
  • přírodní kamenivo do betonu bylo na trhu dosud dostupné.

Pokud se podíváme na nabídky společností, které se zabývají úpravou anorganického materiálu z demolic objektů, pravděpodobně nenajdeme na trhu společnost, která by nabízela recyklované kamenivo deklarované dle ČSN EN 12620+A1 [6]. Recyklovaná kameniva jsou rovněž nabízena bez definovaného či garantovaného složení, tj. s definovaným podílem jednotlivých složek dle původu – beton, pálený materiál, ostatní typy materiálů –, vycházejícího z kategorií dle článku 5.8 ČSN EN 12620 [6], a zároveň jsou nabízena pouze v širokých frakcích. Tato skutečnost přináší omezení dle článku 5.2.3.2 ČSN EN 206 – 1 [4], kdy je možné použít směs kameniva frakce větší než 0 – 8 mm do betonu o třídě pevnosti nejvýše C12/15. Vyrobit recyklované kamenivo z demolicí vzniklé suti navíc vyžaduje více námahy a složitější výrobní postupy, jejichž finanční náklady by bylo třeba promítnout do konečné ceny výrobku.

Podíl recyklovaného kameniva do betonů dle ČSN EN 12620 je omezen v ČSN EN 206 – 1 [4] v informativní příloze E s názvem Doporučení pro používání kameniva. Maximální podíl pro typ recyklovaného kameniva A i B je pro stupeň vlivu prostředí X0 (bez vlivu) 50 %. Pro další stupně je omezen ještě přísněji a pro stupeň vlivu prostředí XD2 – 3, XF2 – 4 a XA2 – 3 je použití recyklovaného kameniva vyloučeno. Rovněž je omezeno složení recyklovaného kameniva. Typ recyklátu A s širším použitím v betonu musí obsahovat minimálně 90 % recyklátu, a to pouze betonového. Typ recyklátu B s omezenějšími možnostmi použití musí obsahovat minimálně 95 % recyklátu, který je tvořen alespoň z 50 % betonovým recyklátem a alespoň ze 45 % recyklátem z kameniv stmelených hydraulickými pojivy či nestmelených nebo z přírodních kameniv. Tato omezení jsou stanovena s ohledem na požadavek životnosti betonu.

Je třeba se odpovědně zamyslet i nad skutečností, že norma na navrhování konstrukcí z betonu (Eurokód [8]) uvažuje s vlastnostmi betonu dle ČSN EN 206+A1. Pokud jde o pevnost v tlaku, je zde přímá vazba mezi oběma normami, neboť v obou standardech se jedná o pevnost charakteristickou. Další vlastnosti, které jsou v Eurokódu definovány, především pružné deformace, dotvarování a smršťování, jsou vždy závislé na složení betonu. Tyto charakteristiky byly a jsou dosud odvozeny na základě testů a zkušeností s betonem obsahujícím přírodní hutné kamenivo. Zde si připomeňme konstatování v úvodu příspěvku, že kamenivo je kostrou či jakýmsi pilířem, na kterém beton stojí. V případě použití 100% podílu recyklovaného kameniva se situace mění. Kamenivo více přejímá roli jakési výplně (ztraceného bednění) a další vlastnosti se přesouvají na ztvrdlý cementový tmel a vlastnosti kontaktní zóny. Dosavadní známé výsledky zkoušek modulu pružnosti betonu s použitím 100% obsahu recyklovaného kameniva této představě nasvědčují. Navíc je třeba si uvědomit, že recyklované kamenivo bude do betonu částečně, někdy však i významně přenášet vlastnosti z původního anorganického materiálu z demolic, a to jak mechanické, tak i chemické.

Budoucnost použití recyklovaného kameniva

V současnosti se situace v oblasti kameniva poměrně výrazně mění. Přírodního kameniva se nedostává. Důvodem je postupné vyčerpávání zdrojů v aktivních lokalitách a v zásadě obtížně proveditelná otevírka lomů nových či rozšíření stávajících. Geolog Josef Godány v rozhovoru s Pavlem Vondráčkem s názvem Písek nad Zlato [10] otevřeně přiznává: „U stavebního kamene se zhruba 30 let neotevřel žádný nový kamenolom. Do deseti let skončí až 60 % ze 204 aktivně činných kamenolomů a cca 50 až 60 % ze 149 aktivně činných pískoven.“

Celková těžba přírodních surovin pro stavební účely poklesla od roku 1988 z cca 130 mil. tun na cca 66 mil. tun v roce 2018, přičemž pokles těžby štěrkopísků v uvedeném období byl ze cca 109 mil. tun na cca 51 mil. tun a pokles výroby kamene a drceného kameniva byl zaznamenán z cca 51 mil. tun na 40 mil. tun [9]. V současné době máme v ČR k dispozici řádově okolo 90 mil. tun kamene pro stavební účely ročně. Potřeba pro výrobu betonu z tohoto množství je cca 20 % těženého a drceného kameniva dle ČSN EN 12620, tedy cca 18 mil. tun.

Závěr

Využití recyklovaného kameniva, nikoliv stavební suti, jak je často mylně uváděno, pro stavební účely i v segmentu výroby transportbetonu je příležitostí, jak se, i když jen částečně, vyrovnat s předpokládaným úbytkem kameniva přírodního a jak přispět k rozšiřování procesu vedoucímu k trvale udržitelnému rozvoji.

Již dnes je možné toto kamenivo používat pro výrobu betonů nekonstrukčních či betonů bez požadavků na odolnost proti vlivu prostředí, kterých se vyrábí také nezanedbatelné množství. Tím by bylo možné šetřit si do budoucna zdroje vysoce kvalitního přírodního kameniva, bez kterých se neobejdou betony pro konstrukce exponované jak konstrukčně, tak i vlivem prostředí, zejména konstrukce infrastruktury často strategického významu (mosty, předpjaté konstrukce, vozovky či energetické a vodohospodářské stavby).

Při zvyšování podílu recyklovaného kameniva při výrobě betonu je potřeba postupovat obezřetně na základě rozšiřování našeho dosavadního poznání novými testy a modelovými realizacemi s následným vyhodnocením získaných dat. Zároveň je třeba postupně řešit problematiku odolnosti betonu s recyklovaným kamenivem proti vlivům prostředí, zejména v případě použití jeho dávek nad 50 % celkového objemu v betonu.

Na základě současné úrovně poznání a vzhledem k dosavadním objemům demolic stavebních konstrukcí a kapacity pro výrobu kameniva z vybouraného materiálu je zřejmé, že přírodní kamenivo při výrobě betonu zcela nahradit kamenivem recyklovaným nepůjde nikdy.

Je třeba neprodleně zahájit diskuzi s orgány státní správy o možnostech udržení kapacity těžby přírodního kameniva pro výrobu betonu i do budoucnosti. Bez betonu se totiž stavebnictví ještě obejít nedokáže.

Literatura

[1] ČSN EN 206+A1. Beton – Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda. Praha: ÚNMZ, 2018.

[2] ČSN 72 1510. Kamenivo pro stavební účely. Názvosloví a definice. Praha: Úřad pro normalizaci a měření, 1987. (zrušena 2004)

[3] ČSN EN 12620. Kamenivo do betonu. Praha: ČNI, 2003. (2008 nahrazena novou verzí)

[4] ČSN EN 206 – 1. Beton – Část 1: Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda. Praha: ÚNMZ, září 2001.

[5] ČSN EN 206. Beton – Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda. Praha: ÚNMZ, červenec 2014.

[6] ČSN EN 12620+A1. Kamenivo do betonu. Praha: ÚNMZ, 2008.

[7] DAfStB-Richtlinie. Beton nach DIN EN 206 – 1 und DIN 1045 – 2 mit rezyklierten Gesteinskörnungen nach DIN EN 12620. 2010.

[8] ČSN EN 1992 – 1‑1. Navrhování betonových konstrukcí. Praha: ÚNMZ, 2019.

[9] STARÝ, J. Mineral Potential of the Czech Republic. In: Mezinárodní konference Udržitelná těžba, Brno 6. – 7. 11. 2019.

[10] VONDRÁČEK, P. Písek nad zlato: Všichni chtějí stavět, ale nebude z čeho, varuje geolog Godány. Info.cz [online]. Rozhovor s geologem Godánym. 31. 1. 2021. Dostupné z: info.cz

Autor

Current Situation Regarding the Use of Recycled Aggregate in Concrete and Its Future Potential – Remarks and Comments from the Legal Point of View

The introduction provides an overview of aggregates used in concrete, including definitions and links to currently valid standards. The focus is then of the issues concerning recycled aggregates and on the possibilities of their production, again in relation to standards. In the conclusion and being aware of the current state of extraction of natural raw materials, the need to start a discussion with relevant government bodies is highlighted.  It should include the future capacity for extraction of natural aggregates for concrete production and consider opportunities to expand the use of recycled aggregates.

1/2021 Technologie | 17. 3. 2021 | Materiály a technologie

Beton z recyklovaného kameniva

Jednou z možností, jak v některých konstrukcích z betonu nahradit přírodní kamenivo, kterého je nedostatek, neboť stávající lomy jsou dočerpávány a otevření nových se nedaří povolovat, může být použití kameniva recyklovaného. Dlouholetá snaha pracovníků ze společnosti ERC-TECH...