Pokusná betonáž vrtaných pilot z betonu s recyklovaným kamenivem

V posledních letech stále více výrobců betonu uvádí na trh betonové směsi s obsahem recyklovaného kameniva. Zhotovitelé staveb se tyto směsi snaží začleňovat do probíhajících i připravovaných projektů, a to ať již na popud dodavatelů betonu, kteří chtějí nabídnout ekonomicky výhodnější a environmentálně šetrnější alternativu, nebo i z vlastní iniciativy s cílem redukovat náklady anebo jít naproti zpřísňujícím se požadavkům na posuzování vlivu stavby na životní prostředí. Zatímco výzkumné práce ověřují vliv recyklovaného kameniva na vlastnosti betonu ze všech možných úhlů pohledu, je zároveň zapotřebí provádět i pokusné betonáže menších i větších rozměrů, které ověří chování těchto směsí na reálných konstrukcích. Jedním z takových pokusů, jenž proběhl 12. dubna 2022, bylo ověřováno chování betonové směsi s hrubým recyklovaným směsným kamenivem při použití do konstrukcí vrtaných pilot. 

V rámci pokusu byly provedeny dvě zkušební vrtané piloty, pro jejichž zabetonování byl použit beton s 15% a 50% náhradou přírodního kameniva hrubým recyklovaným směsným kamenivem. Hlavním cílem pokusu bylo ověřit integritu pilot po celé jejich délce a odhalit potenciálně závadná místa v průřezu piloty, kterými mohou být kaverny a dutiny, předměty s modulem pružnosti výrazně odlišným od betonu, pracovní spáry ad. Současně se během betonáže ověřovalo, zda nedochází důsledkem hydrostatického tlaku k vytlačování lehčích materiálů (např. dřeva, plastů, plynosilikátů, ale i cihel) k hlavě piloty, příp. zda nedochází ke krvácení betonu a odlučování vody. Riziko znečištění recyklovaného kameniva nežádoucími materiály, které mohou způsobovat výše uvedené problémy, je poměrně vysoké. Důvodem znečištění může být nedostatečná kázeň při demolici a třídění materiá­lů na stavbě, ale také během procesu výroby recyklovaného kameniva, resp. při jeho manipulaci během transportu. Integrita pilot byla zkoušena dvěma metodami: pile integrity test (PIT) a cross hole analyzer test (CHA). Po provedení zkoušek integrity pilot byly odebrány vývrty po celé délce pilot, ze kterých se následně vyrobila válcová tělesa o rozměrech 72 × 140 mm pro zkoušky pevnosti betonu v tlaku. Během pokusu byly ověřeny základní vlastnosti čerstvého betonu a byla vyrobena tělesa pro zkoušky ztvrdlého betonu na betonárně i na stavbě. 

Pokusná betonáž proběhla na staveništi nového úseku dálnice D6 u obce Krupá. Piloty byly navrženy o průměru 880 mm a délce 8 m. Betonáž pilot proběhla do vrtů zapažených ocelovými pažnicemi systémem betonáže pod vodou přes licí roury. Beton byl specifikován dle [1] a [2] v pevnostní třídě C25/30, stupni vlivu prostředí X0, XC1 – 4, XD1, XF1 a XA1, s předepsanou konzistencí S4 a dobou zpracovatelnosti minimálně 120 min. Pro zabetonování jedné piloty byl použit beton s 15% obsahem hrubého recyklovaného směsného kameniva z celkového obsahu kameniva v betonu. U druhé piloty byla celá hrubá složka přírodního kameniva (50 % z celkového obsahu kameniva) nahrazena hrubým recyklovaným směsným kamenivem. Výroba betonu proběhla na betonárně společnosti TBG Metrostav v Radlicích, odkud byl beton převezen na stavbu. 

V obou betonových směsích byl použit portlandský směsný cement CEM II/B‑S 32,5 R z cementárny Radotín v množství 375 kg, které udává příloha D normy ČSN EN 206+A2 pro betonáž do vody. Jako příměs byl použit popílek. Recyklované směsné kamenivo frakce 8 – 16 mm použité pro náhradu hrubého přírodního kameniva pochází ze stavebního a demoličního odpadu bývalých pekáren Odkolek v pražských Vysočanech, výrobcem recyklovaného kameniva byla společnost Metrostav Divize 3. Z pravidelných zkoušek prováděných na betonárně se průměrná objemová hmotnost recyklovaného kameniva pohybuje okolo 2 480 kg/​​m³, nasákavost okolo 7 % a obsah jemných částic 1,7 %. 

Pro ověření kvality betonu byly na betonárně odebrány vzorky pro zkoušky čerstvého betonu i pro výrobu těles pro zkoušky ztvrdlého betonu. Po namíchání byla změřena konzistence čerstvého betonu zkouškou dle ČSN EN 12350 – 2 a objemová hmotnost čerstvého betonu dle ČSN EN 12350 – 6. Následně byla vyrobena tělesa pro zkoušky krychelné pevnosti betonu v tlaku dle ČSN EN 12390 – 3 a pro stanovení maximálního průsaku tlakovou vodou dle ČSN EN 12390 – 8 (krychle o hraně 150 mm), válcové pevnosti betonu v tlaku a statického modulu pružnosti dle ČSN ISO 1920-10 (válce o průměru 150 a výšce 300 mm). Na stavbě pak byly odebrány vzorky pro zkoušku konzistence betonu a pro výrobu těles na zkoušku kry­chelné pevnosti betonu v tlaku, průsaku tlakovou vodou a válcové pevnosti betonu v tlaku. 

Výsledky všech zkoušek provedených na betonárně i na stavbě jsou shrnuty v tabulce níže. Obě betonové směsi splnily předepsanou specifikaci s dostatečnou rezervou. Směs s vyšším podílem recyk­lovaného kameniva dosáhla dle očekávání horších vlastností. Krychelná pevnost betonu klesla přibližně o 10 %, objemová hmotnost ztvrdlého betonu o 7 % a statický modul pružnosti o 19 %. Hloubka průsaku tlakovou vodou byla splněna u obou betonových směsí i pro nejpřísnější požadavek 20 mm. Pevnost betonu v tlaku na krychli i na válci se u směsi s vyšším podílem recyk­lovaného kameniva mezi betonárnou a stavbou značně liší. Tento rozdíl mohl být způsoben odebráním vzorku betonu k výrobě těles ze začátku bubnu autodomíchávače, kde směs nemusela být homogenně promíchána. Určitý vliv mohl mít i způsob odebrání vzorků a výroby těles přítomnými pracovníky. 

Výsledky zkoušky integrity pilot stanovené metodou CHA jsou prezentovány na obrázcích níže. Obě piloty jsou homogenní, bez znatelných závad po celé své délce ve všech měřených průřezech. Jediná nevýznamná imperfekce homogenity betonu byla zaznamenána na patě piloty, kde byly zjištěny stopy znečištění betonu zeminou z počvy vrtu. Nicméně tento problém nesouvisí s kvalitou betonu nebo závadou v průběhu betonáže. Obdobně ani stanovení integrity pilot metodou PIT neprokázalo zjevné závady. 

Vývrty z pilot zhotovené pro kontrolu pevnosti betonu v tlaku na několika místech po délce pilot jsou zobrazeny obrázku níže. Po celé délce vývrtů nejsou místa se zjevnými známkami segregace kameniva nebo výskytem kaveren či pracovních spár. Výsledky jednotlivých zkoušek pevnosti betonu v tlaku jsou uvedeny v tabulce níže. Z výsledků plyne, že pevnost v tlaku po celé délce pilot splňuje požadovanou pevností třídu. S výjimkou hlavy piloty z betonu s nižší dávkou recyklovaného kameniva, kde byla v hloubce 1 m zjištěna nižší pevnost betonu v tlaku než ve zbytku zkoušených míst, je pevnost v tlaku po celé délce zkušebních pilot bez dalších výraznějších výkyvů. Nižší pevnosti v tomto místě odpovídá i nižší objemová hmotnost betonu, což mohlo být způsobeno vyšším množstvím vzduchových pórů, které se nashromáždily u hlavy piloty během betonáže a nedokázaly se dostat z čerstvého betonu ven. Obdobně byla zjištěna nižší objemová hmotnost na stejném místě i u piloty z betonu s 50% podílem recyklovaného kameniva. 

Příspěvek prezentuje výsledky pokusné betonáže vrtaných pilot za použití betonu s hrubým recyklovaným směsným kamenivem v dávkách 15 a 50 % z celkové dávky kameniva ve směsi. Specifikované vlastnosti betonu prokázaly zkoušky čerstvého i ztvrdlého betonu na betonárně i na stavbě. U obou pilot byla ověřena jejich integrita pomocí dvou zkušebních metod. Zkoušky prokázaly, že ani u jedné z pilot nedošlo k závažným vadám na konstrukci způsobeným kvalitou betonu. Tyto výsledky byly podpořeny i vývrty provedenými po celé délce pilot, na kterých nebyly vidět známky segregace kameniva ani jiná závadná místa. Zkoušky pevnosti betonu v tlaku na vývrtech v hloubkách 1, 3, 5 a 7 m potvrdily specifikovanou pevnost betonu. 

Zkušební betonáž pilot podporuje možnost využití betonu s hrubým recyklovaným směsným kamenivem i pro tento druh konstrukcí. Použití betonu s 15% podílem recyklovaného kameniva z celkového obsahu kameniva nepředstavuje v zásadě žádná omezení a lze tvrdit, že výsledné piloty jsou srovnatelné s těmi z běžného betonu s přírodním kamenivem. Při nahrazení celé hrubé složky kameniva hrubým recyklovaným směsným kamenivem je nutné brát v potaz pokles modulu pružnosti, který může být nižší až o 30 %. Nicméně při betonáži pilot nedocházelo k segregaci ani krvácení betonu a výsledná konstrukce nevykazovala žádná problematická místa.