Z hlediska ochrany životního prostředí jsou neustále hledány nové způsoby, jak snížit negativní důsledky odpadů, skládek, ale také množství spotřebovávaných nerostných surovin. Stavební průmysl není výjimkou. I zde je poptávka po ekologicky přátelských materiálech a snížení ekologické stopy na zemi. 

Stavební materiály, u nichž dochází k modifikaci nebo nahrazení jejich různých složek složkami odpadními, napomáhá k udržitelnosti ekosystému a dává nový pohled na odpadní materiál jakožto druhotnou surovinu.

Mezinárodní organizace, jako je Evropská unie, ukládají závazné a stěžejní cíle, jak nakládat s odpady (např. směrni­ce Evropského parlamentu a rady EU 2018/851 o odpadech). Potřeba inovativních aplikací pro opětovné použití odpad­ních materiálů vedla k značnému počtu výzkumů zaměřených na vlastnosti betonu, jejichž součástí je odpadní materiál. Recyklace odpadních pneumatik za účelem výroby nových be­tonových materiálů je atraktivní alternativou, která by mohla potenciálně kombinovat výhody obou materiálů a jejích po­stupnou modifikací eliminovat jejich nevýhody. Na jedné straně je beton implicitně křehký materiál, který je funkcí cementové pasty, zatímco kaučuk je hyperelastický nestlačitelný materiál s vysokým Poissonovým poměrem a má vysokou pevnost v tahu. Výsledkem kombinace těchto dvou materiálu je nový materiál, který těží z pevnosti cementové matrice, elasticity a energetic­ké absorpce pryže.

 Složení betonu 

Byly navrženy receptury cementových kompozitů na bázi částečné náhrady záměsové vody vodou odpadní kalovou z be­tonárny a 100% objemové náhrady kameniva pryžovým recyk­látem. Složení jednotlivých receptur, výsledky stanovení konzistence - rozlití a objemové hmotnosti jsou prezentovány v tabulce 1.

 Z výsledků zkoušky rozlití čerstvé malty je zřejmé, že přidání pryžového recyklátu do cementové malty zhoršuje zpracovatel­nost cementové směsi. Změna zpracovatelnosti je přímo úměr­ná množství přidané hrubé frakce pryžového recyklátu. Avšak také změna zpracovatelnosti může být ovlivněna vyšším obsa­hem nerozpuštěných látek v odpadní kalové vodě, kdy v podsta­tě dochází ke snížení vodního součinitele. Zároveň se v kalové vodě vyskytují vyšší koncentrace chloridů, které mohou působit jako urychlovače tuhnutí. Tento efekt zhoršení zpracovatelnosti lze omezit vhodnou plastifikační přísadou. Z výsledků sta­novení objemové hmotnosti je patrné, že všechny testované vzorky s pryžovým recyklátem spadají do kategorie lehkých be­tonu, konkrétně do třídy LC 1,4 s objemovou hmotností betonů v rozmezí 1 200 až 1 400 kg/m³ dle ČSN EN 206-1.

 Fyzikální charakteristiky 

Stanovení pevnosti v tahu za ohybu a tlaku bylo provedeno po 3, 7, 28 a 90 dnech stáří zkušebních těles dle normy ČSN EN 196-1. Zkoušení probíhalo na připravených zkušebních tělesech o rozměru 40 x 40 x 160 mm, které byly do doby zkoušky ulo­ženy ve vodní lázni. Jako zkušební zařízení byl použit zkušební přístroj Formtest s tlačnou silou 100 KN a 300 KN. Výsledky zkoušek jsou prezentovány graficky na obrázcích 1 a 2.

Na základě výsledků stanovení pevnosti je vidět, že přidání odpadní kalové vody z betonárny kladně ovlivnilo pevnostní charakteristiky zkušebních těles. Z výsledků vyplývá, že panuje přímá úměrnost mezi množstvím odpadní kalové vody a kvalitou pevnosti. Z grafu lze vyčíst, že nejlepší výsledky představuje záměs 1 – 50%, která má rovnoměrný poměr jemné a hrubé frakce pryžového granulátu. Při porušení meze pevnosti došlo u všech vzorků s obsahem pryžového granulátu k porušení a popraskání cementového tmelu, avšak díky elastickým vlastnostem obsažené pryže došlo k návratu porušené oblasti do pů- vodního tvaru, na rozdíl od komparačního vzorku, který obsahuje kamenivo (Obr. 3).

Na obrázku 5 jsou prezentovány výsledky zkoušky zvukové pohltivosti cementových kompozitů s obsahem pryžového granulátu. Měření bylo provedeno dle ČSN EN 1793-1 pomocí Kundtovy trubice pro frekvence 125, 250, 500, 1 000 a 2 000 Hz. Byly vyrobeny cementové zkušební tělesa na bázi přírodního kameniva a pryžového recyklátu. Tvar těles byl válec o průměru 98 mm a tl. 30 mm. Tělesa byla po dobu 28 dnů uložena ve vodní lázni, následně vysušeny do ustálené hmotnosti a testována. Z grafu vyplývá, že vzorky s pryžovým granulátem mají lepší zvukově-izolační vlastnosti než komparační vzorek s kamenivem. Při zvukové frekvenci 125, 500 a 2 000 Hz bylo naměřeno zlepšení zvukové pohltivosti až o 40,1 % oproti komparačnímu vzorku.

Obrázek 3. Zkušební tělesa po zkoušce pevnosti v tlaku (vlevo komparační vzorek s kamenivem, vpravo vzorek s pryžovým granulátem).

Závěr 

Z výsledku výzkumu vyplývá, že:

- Nahrazením kameniva pryžovým granulátem z odpadních pneumatik v cementových kompozitech docílíme vylehčení betonové směsi, čímž se tato směs řadí do kategorie lehkých betonů třídy LC 1,4. Zpracovatelnost této směsi obsahující pryžový granulát lze regulovat plastifikační anebo super­plastifikační přísadou.

- Přidání odpadní kalové vody z betonárny jako částečné ná­hrady zaměsové vody kladně ovlivňuje pevnostní charakteris­tiky a je zde přímá úměra mezi množstvím odpadní kalové vody a zlepšením pevnostních vlastností.

- Cementové kompozity s obsahem pryžového granulátu z od­padních pneumatik vykazují lepší zvukově-izolační vlastnosti ve srovnání s běžným betonem.

- Za optimální recepturu betonu na bázi pryžového recyklátu a odpadní kalové vody můžeme vybrat záměs 1 – 50%, ve které je zastoupená fr. 0/1 mm v množství 50%, fr. 1/3 v množství 50% a náhrada záměsové vody vodou odpadní kalovou z betonárny v množství 50%.

Tyto výsledky zároveň otevírají nové možnosti využití to­hoto zkoumaného materiálu ve stavebním průmyslu, jakož­to stavebního materiálu příznivého k životnímu prostředí. Tato netradiční cementová směs na bázi pryžového recyklátu z odpadních pneumatik má potenciál pro využití jako lehký výpl­ňový beton, pro výrobu zvukově-izolačních dlaždic a další možné užití může být při zabudování do protihlukových bariér kolem silničních i železničních komunikací. Modifikací této cementové směsi a provedením dalších fyzikálně-mechanických zkoušek může dojít ke zlepšení těchto vlastností. Tato modifikace bude předmětem dalšího výzkumu.

Poděkování

- Tento článek byl napsán v souvislosti s projektem Institut čis­tých technologií těžby a užití energetických surovin – program udržitelnosti. Identifikační kód: LO1406. Projekt je podporo­ván Národním programem udržitelnosti I (2013-2020) finan­covaným ze státního rozpočtu České republiky.

- Tento článek byl vypracován v grantu SGS čísla SP2019/29, Fakulta Hornicko-geologická, Vysoká škola Báňská – Technická Univerzita Ostrava, Česká republika.

- Tento článek byl vypracován v rámci dotačního programu „Podpora vědy a výzkumu v Moravskoslezském kraji 2018“ (RRC/10/2018) a financován z rozpočtu Moravskoslezského kraje.

doc. Ing. Vojtěch Václavík, Ph.D.

Katedra environmentálního inženýrství

Hornicko-geologická fakulta

VŠB – Technická univerzita Ostrava

17. listopadu 2172/15, 708 00 Ostrava – Poruba

e-mail: vojtech.vaclavik@vsb.cz

telefon: +420 59 699 3377

Jakub Svoboda ^1,2, Vojtěch Václavík ^1,2, Lukáš Klus ^1,2 and Jiří Botula ^2.3

¹  Department of Environmental Engineering, Faculty of Mining and Geology, VSB-TU of Ostrava, Czech Republic;

²  Institute of Clean Technologies for Mining and Utilization of Raw Materials for Energy Use Faculty of Mining and Geology, VSB-Technical University of Ostrava, Czech Republic;

³ Department of Mining Engineering and Safety, Faculty of Mining and Geology, VŠB-TU Ostrava, Czech Republic.