Recykling odpadów budowlanych

Odpady są efektem licznych wyburzeń oraz rozbiórek nieużytkowanych obiektów w celu udostępnienia przestrzeni pod nowe inwestycje budowlane. Nasuwa się pytanie o racjonalne wykorzystanie porozbiórkowych odpadów, z których 40% stanowi beton [3]. Właściwego rozwiązania należy się więc dopatrywać w wykorzystaniu kruszywa recyklingowego do produkcji pełnowartościowego betonu.

Ocenia się, że kraje europejskie wytwarzają ponad 200 mln ton odpadów rocznie, z czego tylko średnio 30% poddaje się recyklingowi [4]. Akcesja Polski w struktury UE wymusiła obowiązek odpowiedniej gospodarki odpadami, w tym również odpadami z sektora budowlanego. Polska znacznie przekracza normy dotyczące produkcji tych odpadów. Zbyt wysokie jest również zużycie surowców naturalnych. Główne źródło pochodzenia odpadów budowlanych stanowią rozbiórki i przebudowy starych obiektów, budowa dróg i tras kolejowych oraz produkty uboczne z wytwórni materiałów budowlanych.

Fot. Miejsce  rozbiórki obiektu o konstrukcji monolitycznej

Należy nadmienić, że ilość odpadów budowlanych systematycznie rośnie. Ze względów ekologicznych, ekonomicznych oraz prawnych niedopuszczalne staje się składowanie tych odpadów na wysypiskach śmieci.

Rozwiązaniem mógłby być całkowity recykling odpadów. Gruz betonowy i ceglany uzyskany z rozbieranych obiektów stanowi cenny surowiec wtórny. Obecnie najpopularniejszą formą jego recyklingu jest zastosowanie go jako kruszywa stabilizującego, przeznaczonego do podbudowy dróg oraz wzmacniania gruntu. Dużym krokiem naprzód stanie się wykorzystanie gruzu betonowego na skalę przemysłową jako pełnowartościowego składnika do produkcji betonu. Jednak z uwagi na deficyt informacji o zasadach klasyfikacji odpadów z betonu oraz możliwościach wykonania z tych kruszyw betonów konstrukcyjnych wytwórcy betonu w Polsce ostrożnie podchodzą do tego zagadnienia.

Odmienna sytuacja występuje w krajach Europy Zachodniej, Japonii i USA. Odzysk materiałów z rozbiórek sięga tam poziomu 90%, a proces wykorzystania gruzu betonowego jako kruszywa do betonu jest skrupulatnie badany i praktykowany od wielu lat [6]. W Holandii przepisy dopuszczają zastąpienie mineralnego kruszywa grubego kruszywem wtórnym w ilości do 20% bez nanoszenia poprawek w projekcie konstrukcji. Przy stosowaniu większej ilości kruszywa recyklingowego należy wykonać szczegółowe badania właściwości betonu. W elementach konstrukcji żelbetowych, takich jak fundamenty, ściany, stropy, można zastąpić kruszywo grube kruszywem uzyskanym z recyklingu starego betonu nawet w 100%, bez konieczności poprawy projektu konstrukcji [6].

Rys. 1. Zmiany gęstości kruszywa z recyklingu w zależności od zmiennych:  porowatość [%] i  wielkość frakcji [mm]

Właściwości kruszywa

Na podstawie przeprowadzonych badań laboratoryjnych stwierdza się, że kruszywo wtórne ma gorsze właściwości w porównaniu z kruszywem naturalnym. Obniżoną jakość uzasadnia obecność w jego składzie 25–60% zaprawy cementowej [1].

Przylegająca zaprawa w dużej mierze przyczynia się do obniżenia gęstości kruszywa. Odznacza się ponadto dużą porowatością, wchłania znaczne ilości wody, co utrudnia projektowanie mieszanki betonowej oraz kontrolowanie jej urabialności. Porównanie podstawowych właściwości kruszywa recyklingowego i naturalnego przedstawiono w tablicy.

Tabl. Podstawowe właściwości kruszyw

Nasiąkliwość kruszywa z recyklingu okazuje się być na poziomie 4–6 razy wyższym (dla frakcji 2/4 mm) oraz 3–5,5 razy wyższym (dla frakcji 8/16 mm) w zestawieniu z odpowiednią frakcją kruszywa naturalnego.

Gęstość objętościowa kruszywa recyklingowego jest niższa niż kruszywa naturalnego i zależy bezpośrednio od wielkości frakcji. Należy zwrócić uwagę, że ziarna frakcji drobnej 2/4 mm zawierają najwięcej zaprawy cementowej, dlatego też nie stanowią efektywnego materiału do produkcji betonu i są zastępowane kruszywem naturalnym.

Kruszywo jest znaczącym składnikiem betonu i warunkuje wiele jego ważnych cech. W związku z tym, że objętość absolutna kruszywa w betonie wynosi około 60–75%, właściwości fizyczne i mechaniczne kruszywa wtórnego w sposób znaczący przełożą się na jakość techniczną betonu [5].

Rys. 2. Średni spadek wytrzymałości betonu na ściskanie z uwagi na zawartość kruszywa z recyklingu [%]

Właściwości betonu

Badanie wytrzymałości na ściskanie betonu z dodatkiem czystego kruszywa z recyklingu przeprowadzono zgodnie z normą PN-EN 12390-3 na próbkach sześciennych 10 x 10 x 10 cm po 28 dniach dojrzewania. Stwierdza się, że zawartość kruszywa wtórnego wpływa negatywnie na wytrzymałość betonu na ściskanie (rys. 2). Odnotowano proporcjonalny spadek wytrzymałości betonu średnio o około 2,5% wraz ze wzrostem o każde 25% zawartości kruszywa. Należy jednak zauważyć, że ubytek wytrzymałości betonu na ściskanie przy zawartości 100% kruszywa z recyklingu  jest niewielki i wynosi około 10% w porównaniu z „betonem kontrolnym”. Przez pojęcie „beton kontrolny” należy rozumieć beton o zerowej zawartości kruszywa z recyklingu, całkowicie na kruszywie naturalnym.

Badanie nasiąkliwości wagowej betonu przeprowadzono zgodnie z normą PN-B-06250:1988. Wzrost zawartości kruszywa z recyklingu powoduje zwiększenie nasiąkliwości betonu (rys. 4). Zaobserwowano wzrost ten o około 30% w stosunku do nasiąkliwości ustalonej dla betonu kontrolnego. Należy jednak nadmienić, że do produkcji betonu było użyte kruszywo wtórne o uziarnieniu od 2 mm, które charakteryzuje się dużą zawartością zaprawy cementowej.

Rys. 3. Średni wzrost nasiąkliwości betonu z uwagi na zawartość kruszywa z recyklingu [%]

Wnioski

Uzyskane wyniki dotyczące właściwości betonu na kruszywie wtórnym nie są ostateczne i mogą ulec zmianie. Na poprawę właściwości mieszanek betonowych wpłynie niski współczynnik w/c (woda/cement) oraz zastąpienie frakcji drobnych kruszywa recyklingowego kruszywem naturalnym dobrej jakości. Istotny wpływ na jakość betonu odgrywa również zastosowanie czystego kruszywa wtórnego, niezanieczyszczonego przez gips, drewno, plastik, stal, szkło itp. Istnieje również możliwość stosowania dodatków mineralnych i domieszek chemicznych, ulepszaczy.

Podsumowanie

Obecnie na Politechnice Białostockiej są kontynuowane prace nad opracowaniem kompleksowej technologii recyklingu konstrukcji betonowych. Badane są betony wytworzone na materiale recyklingowym jak również możliwości odzysku spoiwa cementowego z zaprawy recyklingowej. Przeprowadzone dotychczas badania potwierdzają, że kruszywo recyklingowe stanowi efektywny zamiennik kruszywa mineralnego frakcji grubych, tj. 4/16 mm, do produkcji betonu ze względu na mniejszą zawartość zaprawy cementowej. Dodatkowa obróbka technologiczna kruszywa pozwoli na uzyskanie jeszcze lepszych wyników wytrzymałościowych betonu porównywalnych z betonem kontrolnym na kruszywie naturalnym. Zasoby kruszyw naturalnych nie są odnawialne, a przy intensywnym rozwoju budownictwa mogą być wyczerpane w pierwszej połowie przyszłego stulecia. Ponadto kopalnie odkrywkowe destruują środowisko naturalne, a wolnych przestrzeni na wysypiskach jest coraz mniej. Zaistniała sytuacja spowoduje wzrost cen kruszyw mineralnych. Niezbędna staje się więc intensyfikacja prac badawczych.

mgr inż. Maciej Swirydziuk

doktorant Politechniki Białostockiej

Literatura

1. M. Bołtryk, E. Pawluczuk, Modyfikacja wybranych właściwości betonów cementowych na kruszywie z recyklingu, „Inżynieria i Budownictwo” nr 6/2011.

2. E. Pawluczuk, Wpływ kruszywa z recyklingu na właściwości betonu recepturowego, rozprawa doktorska,  Białystok 2009.

3. N.D. Oikonomou, Recycled concrete aggregates, „Cement & Concrete Composites”, 27/2005.

4. S.W. Tabsh, A.S. Abdelfath, Influence of recycled concrete aggregates on strenght properties of concrete, „Constructions and Building Materials”, 23/2009.

5. Z. Jamroży, Beton i jego technologie, PWN, Warszawa–Kraków 2000.

6. A. Ajdukiewicz, A. Kliszczewicz, Recykling betonu konstrukcyjnego, „Inżynier Budownictwa” nr 2/2009.

Skomentuj ten artykuł na forum.