MOĩLIWOĝCI POPRAWY CECH BETONÓW NA KRUSZYWACH RECYKLINGOWYCH

MOĩLIWOĝCI POPRAWY CECH BETONÓW NA KRUSZYWACH RECYKLINGOWYCH

Jacek M ądrawski

Akademia Rolnicza w Poznaniu

Streszczenie. W pracy przedstawiono sposoby wykorzystania kruszyw odpadowych w bu- downictwie. Badania laboratoryjne wykonane na kruszywach recyklingowych wykazaáy wiĊkszą nasiąkliwoĞü i porowatoĞü w stosunku do betonów na kruszywach mineralnych.

Zastosowanie domieszek upáynniających zmniejsza nasiąkliwoĞü betonu. Badania wykona- ne na betonach recyklingowych wykazaáy moĪliwoĞü wykorzystania kruszyw odpadowych do betonów konstrukcyjnych. Zastosowanie domieszek chemicznych zwiĊkszyáo wytrzy- maáoĞü oraz zmniejszyáo nasiąkliwoĞü betonu.

Sáowa kluczowe: beton, recykling, kruszywo

WSTĉP

Recykling w rozumieniu ustawy o odpadach z dnia 27 kwietnia 2001 roku to taki odzysk, który polega na powtórnym przetwarzaniu w procesie produkcyjnym substan- cji lub materiaáów zawartych w odpadach w celu uzyskania substancji lub materiaáów o przeznaczeniu pierwotnym lub innym. TechnikĊ pozyskania kruszywa recyklingowego opisaá w literaturze Jasiczak [1995].

Recykling gruzu budowlanego to skuteczne rozwiązanie problemów zagospodarowa- nia odpadów budowlanych, w którego wyniku uzyskuje siĊ kruszywa uwaĪane za bardzo dobry substytut kruszyw naturalnych. Kruszywo pozyskiwane z rozbieranych budow- li wykorzystywane jest w budownictwie: na warstwy noĞne, uszczelniające waáy prze- ciwpowodziowe [Moryl i in. 2001], jako materiaá do stabilizacji i wzmacniania gruntu, na podsypki nawierzchni utwardzonych, do budowy dróg lokalnych, jako materiaá do podbudowy dróg i autostrad [Jasiczak i Szczeszek 1997], jako kruszywo do betonów konstrukcyjnych. W skáad gruzu budowlanego wchodzą: Īelbet, beton, cegáy, fragmenty murów oraz gruz mieszany. Wyniki badaĔ rozkáadu Ğrednich zawartoĞci skáadowych ma-

Adres do korespondencji – Corresponding author: Jacek Mądrawski, Akademia Rolnicza w Poz- naniu, Wydziaá InĪynierii ĝrodowiska i Melioracji, Katedra Mechaniki Budowli i Budownictwa Rolniczego, ul. Piątkowska 94, 61-691 PoznaĔ, e-mail: jacmad@au.poznan.pl

teriaáów dla badanych podfrakcji kruszyw recyklingowych przedstawiono w literaturze [Klin i in. 2001].

Analizując wyniki oznaczeĔ jakoĞciowych dla poszczególnych grup frakcji, Klin i inni [2001] stwierdzają ich praktyczne zastosowanie do betonów klas B7,5–B10.

Kruszywa uzyskiwane z recyklingu odpadów budowlanych charakteryzują siĊ duĪą niejednorodnoĞcią materiaáową. W ich skáadzie wystĊpują ziarna o wystarczająco dobrych cechach wytrzymaáoĞciowych w aspekcie wymogów technologii betonów, uzyskane z kruszenia betonów konstrukcyjnych, oraz ziarna sáabe, z pokruszonych cegieá i zapraw cementowych [Jasiczak i Szczeszek 2001]. W procesie rozbiórki istotnym kosztem jest utylizacja odpadów budowlanych. Wywóz gruzu na wysypisko Ğmieci jest kosztowny, co potwierdzają dane ze skáadowiska dla miasta Poznania. Skáadowanie gruzu ogranicza pojemnoĞü skáadowisk, skracając ich okres eksploatacji. Stosowanie w budownictwie no- wych kruszyw, których cena zaleĪy od ich jakoĞci, a takĪe transportu, wpáywa na wzrost kosztów.

IloĞü elementów i konstrukcji betonowych, które wymagają utylizacji, wzrasta kaĪ- dego roku. Powstający materiaá odpadowy wymaga zagospodarowania w sposób zgodny zarówno z wymogami ochrony Ğrodowiska naturalnego, jak i uwarunkowaniami gospo- darki rynkowej. Istotnym elementem gospodarki odpadami jest recykling, bardzo waĪny zarówno z ekologicznego, ekonomicznego, jak i spoáecznego punktu widzenia. W Pol- sce tylko bardzo nielicznym przedsiĊbiorstwom udaáo siĊ wejĞü na rynek z kruszywami wtórnymi, jednak prawie wyáącznie w dziedzinie wykorzystania gruzu betonowego na podbudowy dróg, parkingów lub podkáadów pod posadzki.

Jednym z waĪniejszych zastosowaĔ dla betonów recyklingowych moĪe byü budow- nictwo hydrotechniczne. Beton hydrotechniczny naleĪy do grupy betonów specjalnych, wyróĪniających siĊ w warunkach eksploatacji wodoszczelnoĞcią, maáą nasiąkliwoĞcią, mrozoodpornoĞcią, a takĪe odpornoĞcią na oddziaáywanie chemiczne. Typowe konstruk- cje hydrotechniczne to zbiorniki na ciecze, osadniki, jazy, obudowy obrzeĪy rzek i kana- áów, budowle piĊtrzące i przepustowe.

Naturalną przeszkodą wykorzystania w tej dziedzinie budownictwa betonów wyko- nanych na kruszywie recyklingowym są jego wady dotyczące szczelnoĞci, mrozoodpor- noĞci, nasiąkliwoĞci i skurczu. Parametry te moĪna znacznie poprawiü poprzez zabiegi technologiczne. MoĪliwoĞü uzyskania betonu hydrotechnicznego na bazie kruszyw re- cyklingowych wymaga uszlachetnienia kruszywa np. Ğrodkami hydrofobizującymi lub przez modyfi kacjĊ mieszanki betonowej domieszkami chemicznymi [Mądrawski 2002].

W chwili obecnej gáównym sposobem zagospodarowania kruszywa recyklingowego jest stosowanie go na podbudowy dróg. Tylko niewielka iloĞü powstającego w Polsce materiaáu rozbiórkowego moĪe byü w ten sposób wykorzystywana. Znaczna jego czĊĞü jest bezpowrotnie tracona poprzez wywoĪenie go na skáadowiska odpadów. W ten sposób zwiĊkszają siĊ znacznie koszty rozbiórki zdekapitalizowanych obiektów budowlanych (dochodzą koszty transportu i skáadowania), przy jednoczesnej stracie miejsca zajĊtego przez te odpady. Gáówną przyczyną takiej dziaáalnoĞci jest brak moĪliwoĞci wáaĞciwego wykorzystania kruszywa recyklingowego do produkcji peánowartoĞciowego betonu kon- strukcyjnego. Uzyskiwane cechy fi zyczne betonów recyklingowych, a w szczególnoĞci duĪa nasiąkliwoĞü i związana z tym mniejsza mrozoodpornoĞü nie speániają wymagaĔ normowych dla betonów konstrukcyjnych.

Podstawowym celem podjĊtych badaĔ byáo poszukiwanie takich rozwiązaĔ techno- logicznych, które pozwoliáyby wyeliminowaü te niekorzystne cechy i parametry beto- nów recyklingowych. UmoĪliwi to peániejsze wykorzystanie kruszyw recyklingowych i w znacznym stopniu ograniczy ich wywóz na skáadowiska, co bĊdzie miaáo wpáyw na racjonalne ksztaátowanie otaczającego Ğrodowiska.

JakoĞü betonu wykonanego na kruszywie recyklingowym pod wieloma wzglĊdami odbiega od jakoĞci betonu na kruszywie naturalnym. WiĊksza nasiąkliwoĞü, porowatoĞü, gorsza urabialnoĞü wyznaczają drogĊ poszukiwaĔ optymalnego skáadu mieszanki beto- nowej, stosowania dodatków i domieszek dostĊpnych na rynku w celu poprawy cech betonu.

METODYKA

Przedstawione w pracy badania wykonano w Laboratorium Betonowym Katedry Me- chaniki Budowli i Budownictwa Rolniczego Akademii Rolniczej w Poznaniu. Do badaĔ wytypowano dwie odmiany kruszyw recyklingowych róĪniących siĊ skáadem i pocho- dzeniem:

kruszywo recyklingowe mieszane, pobrane z jednej z poznaĔskich kruszarni w stanie naturalnym z frakcji 0/31,5 mm,

kruszywo recyklingowe z frakcji 0/31,5 mm, otrzymane z rozkruszonych betono- wych kostek brukowych uznanych na etapie produkcji za niespeániające wymogów.

Skáad kruszywa dobrano odpowiednio w celu uzyskania optymalnego stosu okrucho- wego, dla którego krzywa uziarnienia przedstawiona jest na rysunku 1.

– –

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0 0,125 0,25 0,5 1 2 4 8 16 31,5

bok oczka sita [mm]

dimension of sive mesh przechodzi [%] passing

normowa – standard normowa – standard

kruszywo badane – tested agregate

Rys. 1. Krzywa uziarnienia kruszywa recyklingowego uĪytego do betonu Fig. 1. Size distribution curve of recycling aggregate

Badanie nasiąkliwoĞci wykonano na seriach o liczebnoĞci 7 próbek o masie 3000 g kruszywa suchego, umieszczonych na sitach zanurzonych w wodzie przez 24 godziny.

Skáad ziarnowy dla kruszyw recyklingowych zbadano na trzech próbach o masie anali- tycznej pojedynczej próbki 3000 g, przy uĪyciu zestawu sit normowych, na wstrząsarce, zgodnie z normą PN-91/B-06714/15.

Kruszywo impregnowane byáo Ğrodkiem o wáaĞciwoĞciach hydrofobizujących o na- zwie Asolin WS. Nasycanie kruszywa odbywaáo siĊ poprzez natryskiwanie pod ciĞnie- niem kruszywa znajdującego siĊ w urządzeniu mieszającym. Zapewniáo to równomierne nasycenie powierzchni. DawkĊ preparatu przyjĊto w iloĞci 1% w stosunku do masy kru- szywa recyklingowego.

Mieszanki projektowano metodą trzech równaĔ, zakáadając klasĊ betonu B20 o kon- systencji plastycznej K3.

W mieszankach 2, 3, 6 zastosowano domieszkĊ upáynniającą trzeciej generacji o na- zwie Remicrete (FM). UmoĪliwia ona áatwe upáynnienie mieszanki betonowej przy nie- wielkim wskaĨniku w/c. Domieszka dodawana byáa do wody zarobowej w iloĞci 0,9%

w stosunku do masy cementu.

Program badaĔ zakáadaá wykonanie 7 serii zarobów opracowanych wedáug receptur podanych w tabeli 1.

Badanie wytrzymaáoĞci betonu wykonano w prasie hydraulicznej na kostkach szeĞ- ciennych 150 × 150 × 150 mm po 28 dniach. Badanie nasiąkliwoĞci przeprowadzono na kostkach szeĞciennych 100 × 100 × 100 mm.

WYNIKI BADAē

Wyniki badaĔ kruszyw recyklingowych potwierdziáy gorsze wáaĞciwoĞci w porówna- niu z kruszywami mineralnymi (rys. 2).

Tabela 1. Receptury laboratoryjne mieszanek betonowych Table 1. Laboratory recipes of concrete mixes

Skáadniki – Assumptions [kg · m^–3]

Serie – Series

1 2 3 4 5 6 7

Cement CEM I 32,5 R Cement CEM I32,5 R Woda efektywna Effective water

Kruszywo recyklingowe mieszane Recycled aggregates

Kruszywo recyklingowe betonowe Recycled concrete aggregates Piasek naturalny

Natural send Domieszka Asolin WS Addition Asolin WS

Superplastyfi kator Remicrete FM Super plasticizer Remicrete FM

300 121 1794

0 0 0 0

300 100 1794

0 0 0 2,7

300 180 1206

0 575

0 2,7

300 180 1206

0 575 12,6 0

256 143 0 1689

0 0 0

292 130 0 756 1003

0 1,75

293 162 0 756 1003 7,56 0

w/c 0,4 0,3 0,6 0,6 0,56 0,44 0,56

NasiąkliwoĞü kruszywa otrzymanego ze skruszonego gruzu wynosiáa Ğrednio 8,36 %.

Po uszlachetnieniu badanego kruszywa Ğrodkiem hydrofobizującym nasiąkliwoĞü zmniej- szyáa siĊ do 3,68%.

Betony wykonane z kruszywa recyklingowego, impregnowanego Asolonem WS, cha- rakteryzowaáy siĊ mniejszą nasiąkliwoĞcią (rys. 3) w porównaniu z betonem na czystym kruszywie recyklingowym.

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00

1 2 3 4 5 6 7

serie – series nasiąkliwoĞü [%] water absorbability

kruszywo bez uszlachetnienia aggregate without addition

kruszywo uszlachetnione impregnated aggregate

Rys. 2. Porównanie nasiąkliwoĞci kruszyw

Fig. 2. Comparison of aggregate water absorbability

11,42

8,4 8,1

7,17

9,1

6,2

5,1

0 2 4 6 8 10 12

1 2 3 4 5 6 7

serie – series nasiąkliwoĞü [%] water absorbability

Rys. 3. Wyniki badania nasiąkliwoĞci dla betonów Fig. 3. Results of water absorbability tests for concerts

ZastosowanieĞrodka hydrofobizującego wpáywa pozytywnie na zmniejszenie nasią- kliwoĞci kruszywa recyklingowego, co w konsekwencji poprawia wáaĞciwoĞci betonu wykonanego z kruszywa impregnowanego Asolinem WS. Beton recyklingowy, w którym zastąpiono frakcje drobne kruszywem mineralnym, uzyskaá nasiąkliwoĞü 5%. Uzyskanie takich parametrów betonów recyklingowych umoĪliwi szersze wykorzystanie kruszyw recyklingowych w budownictwie.

WytrzymaáoĞü betonu na kruszywie recyklingowym modyfi kowanym Ğrodkiem hy- drofobowym byáa mniejsza od pozostaáych serii (rys. 4). WyraĨny wzrost wytrzymaáoĞci obserwujemy w betonach serii 2 oraz 6. Jest to efekt zastosowania superplastyfi katora.

Zastosowanie domieszki uplastyczniającej w iloĞci 0,9% masy cementu poprawiáo urabialnoĞü mieszanki betonowej przy jednoczesnym zredukowaniu wody efektywnej o 20%. Mieszanki te wykazaáy mniejszy stopieĔ ciekáoĞci w stosunku do serii porów- nawczych, jednak beton charakteryzowaá siĊ wiĊkszą wytrzymaáoĞcią na Ğciskanie oraz mniejszą nasiąkliwoĞcią.

DYSKUSJA

NasiąkliwoĞü jest wadą betonów, wiĊc im mniejsze wartoĞci tej cechy, tym lepiej osiągano zamierzony cel. Betony bez domieszki oznaczone symbolami 1 i 5 miaáy duĪą nasiąkliwoĞü – 11,42 oraz 9,1%. Takie betony nie mogą byü stosowane jako hydrotech- niczne. Betony modyfi kowane domieszką Remicrete (FM), oznaczone symbolami 2, 3, 6 miaáy mniejszą nasiąkliwoĞü – od 8,4 do 5,1%. Zmniejszenie nasiąkliwoĞci betonu w wyniku zastosowanej modyfi kacji jest waĪnym osiągniĊciem, które w perspektywie daje moĪliwoĞci wykorzystania tych betonów w budownictwie hydrotechnicznym.

29

41,4

35,3

19,3

26,2

43

28

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

1 2 3 4 5 6 7

serie – series wytrzymaáoĞü na Ğciskanie [MPa] compressive strength

Rys. 4. Wyniki badania wytrzymaáoĞci dla betonów Fig. 4. Results of compressive strength tests for concerts

Recykling stosowany na duĪą skalĊ bĊdzie ograniczaá iloĞci odpadów i káopotów z ich skáadowaniem.

PODSUMOWANIE I WNIOSKI

Recykling gruzu prowadzony w sposób kontrolowany, ze szczególnym uwzglĊdnie- niem sortowania odpadów budowlanych wedáug materiaáów, bĊdzie Ĩródáem pozyskania kruszyw budowlanych.

Szerokie i prawie bez ograniczeĔ stosowanie w budownictwie kruszyw recyklingo- wych bĊdzie bez wątpienia elementem wpáywającym na odpowiednie ksztaátowanie Ğro- dowiska, w którym Īyjemy. Dla przyszáych pokoleĔ zostaną zachowane záoĪa kruszyw naturalnych, zmniejszy siĊ obszar bezpowrotnie tracony zajmowany przez wysypiska Ğmieci, a materiaáy raz uĪyte do budowy bĊdą cyklicznie poddawane procesowi recy- klingu.

Na podstawie przeprowadzonych badaĔ moĪna sformuáowaü nastĊpujące wnioski:

Wymiana kruszywa recyklingowego drobnego na kruszywo naturalne poprawia urabialnoĞü mieszanki betonowej i zmniejsza nasiąkliwoĞü betonu.

Impregnowanie kruszywa Ğrodkami hydrofobizującymi oraz modyfi kacja do- mieszkami chemicznymi powoduje zmniejszenie nasiąkliwoĞci betonów i umoĪliwia wykorzystanie ich w wielu dziedzinach budownictwa.

PIĝMIENNICTWO

Jasiczak J., 1995. Recyklingowe kruszywa z gruzu betonowego jako peánowartoĞciowy materiaá budowlany. Materiaáy miĊdzynarodowego Forum Gospodarki Odpadami, PoznaĔ.

Jasiczak J., Szczeszek M., 1997. Zastosowanie recyklingowych kruszyw betonowych przy budo- wie nawierzchni autostrady A-12. II MiĊdzynarodowe Forum Gospodarki Odpadami, 25–28.05, PoznaĔ (11-352/97 DS) publikacja nr 1.

Jasiczak J., Szczeszek M., 2001. Beton cementowy na kruszywie recyklingowym w budownict- wie drogowym. Materiaáy sympozjum „Beton w inĪynierii komunikacyjnej”, PoznaĔ, styczeĔ, 115–124.

Klin S., Kilian W., ĝwierzko R., 2001. Optymalizacja technologii betonu do warstw podbudów dro- gowych klasy B10 na bazie kruszyw z recyklingu odpadów budowlanych. Sympozjum Naukowe „Wykorzystanie odpadów budowlanych i przemysáowych w inĪynierii lądo- wej i rekultywacji”. Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej we Wrocáawiu, Konferencje XXXII, 29–38.

Mądrawski J., 2002. Gruz budowlany jako cenny substytut kruszyw mineralnych. Roczniki Akade- mii Rolniczej w Poznaniu 23.

Moryl A., Molski T., Kiwacz T., 2001. Wykorzystanie materiaáów z przeróbki odpadów budowla- nych do budowy waáów przeciwpowodziowych rzek Odry i ĝlĊzy. Sympozjum Naukowe

„Wykorzystanie odpadów budowlanych i przemysáowych w inĪynierii lądowej i rekul- tywacji”. Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej we Wrocáawiu, Konferencje XXXII, 39–50.

Stebnicka I., 1996. Domieszki do betonu. Poradnik. Centralny OĞrodek Informacji Budownictwa, Warszawa.

1.

2.

ABILITY OF IMPROVING CONCRETE, BASED ON RECYCLED AGGREGATES, FEATURES

Abstract. The paper presents the possibilities of use of waste aggregates in civil enginee- ring. Laboratory tests made on recycling aggregates pointed to their higher values of water absorbability and porosity in comparison to those parameters referring to ordinary aggre- gates. Hydrophobic additives made the water absorbability of aggregate lower. Preliminary studies carried out on recycling aggregate concretes pointed to the possibility of recycling aggregate use for constructional concretes. Chemical additives used for concrete increased its strength and decreased its water absorbability.

Key words: concrete, recycling, aggregates

Zaakceptowano do druku – Accepted for print: 2.02.2007