VYBRANÉ TECHNICKÉ POŽADAVKY NA RECYKLÁTY Z MINERÁLNÍCH STAVEBNÍCH ODPADŮ SELECTED TECHNICAL DEMANDS ON RECYCLED MATERIALS FROM MINERAL BUILDING WASTES Doc.Ing. Bohumil Novotný,CSc. Doc.Ing. Karel Kulísek, CSc. Ing. Jan Novák Ústav technologie stavebních hmot a dílců Stavební fakulta VUT v Brně Abstract The utilization of recycled materials from mineral building wastes is in the Czech Republic secured by technical and legislative demands including harmonized standards, based on research projects and practical experience. One of the projects is for instance the utilization of recycled concrete material as a raw material component for preparation of cement clinker. 1. Úvod Stavební demoliční odpady představují v zemích EU i v České republice velmi výrazný podíl na celkové produkci odpadů (ca 25 %). Protože se zároveň jedná i o velmi významný zdroj druhotných surovin, je nakládání s nimi specifikováno v široké legislativě. Stavebnictví vždy bylo a je výrobním odvětvím zpracovávajícím značné množství surovin a tak jak roste výroba, roste i množství stavebního odpadu. Pokud tento odpad nebyl nějakým způsobem zakontaminován, nepředstavoval pro životní prostředí přímé nebezpečí a proto dlouhá léta nebyl v popředí zájmu ani ekologů ani legislativy. V posledním desetiletí vzrostl zájem o řešení této problematiky, ale není možno pominout skutečnost, že stavební demoliční odpady jsou ve společnosti stále značným problémem z hlediska jejich znovuuplatnění ve stavební výrobě, zvláště pro výrobu nových konstrukčních stavebních prvků. Pozornost věnovaná této problematice je patrná již z toho, že zákon o odpadech se během posledních 13-ti let změnil již čtyřikrát, včetně řady novelizací.tyto zákony představují další krok zdokonalení legislativy při nakládání s odpady a také sbližování legislativy ČR s legislativou Evropské unie. Nutno také poznamenat, že již v roce 2000 byl Ministerstvem životního prostředí, ve spolupráci s ARSM (Asociace pro rozvoj recyklace stavebních materiálů v ČR), zpracován první návrh Koncepce odpadového hospodářství v ČR a v tomtéž roce zahájeny práce na zpracování krajských koncepcí. Nutno také s uspokojením konstatovat, že nové zákony a navazující vyhlášky napravují nedostatky, které se projevily v praxi a zajišťují již také plnou kompatibilitu s legislativou EU. Stavební a demoliční odpad není definován v základních pojmech v 4 zákona č. 185/2001 Sb. o odpadech a změně některých dalších zákonů, ve znění pozdějších 164
předpisů, lze však říci, že je to odpad vznikající při zřizování, údržbě, rekonstrukcích a odstraňování staveb, vymezený skupinou 17 Katalogu odpadů (příloha č.1 vyhlášky č. 381/2001 Sb., kterou se stanoví Katalog odpadů, Seznam nebezpečných odpadů a postup při udělování souhlasu k vývozu, dovozu a tranzitu odpadů). V zemích EU a také v ČR je pozornost zaměřena takřka výhradně na skupiny odpadů : 170100 Beton, hrubá a jemná keramika a výrobky ze sádry a azbestu 170300 Asfalt, dehet, výrobky z dehtu 170500 Zemina vytěžená 170700 Směsný stavební odpad Jedná se o materiály, které představují možnost využití za inertní minerální suroviny, tj. štěrkopísky a stavební kámen a jim podobné přírodní materiály. Stavební minerální odpady jsou nerostné anorganické materiály většinou inertní povahy, nemající nebezpečné vlastnosti a při normálních klimatických podmínkách nedochází k žádné významné fyzikální, chemické nebo biologické přeměně. Naopak směsný stavební odpad není nikdy inertním odpadem. Zákon o odpadech také jednoznačně dává přednost využití SDO před jejich odstraněním a materiálové využití SDO má přednost před jiným využitím. V následujícím textu uvádíme nejdůležitější legislativní a technické dokumenty, které vytvářejí potřebné zázemí pro širší využívání SDO. V daném rozsahu nelze postihnout všechny technické požadavky na SDO jak je uvedeno v názvu referátu, proto se omezíme jen na výčet vybraných požadavků. V další části uvedeme stručné zhodnocení dosavadních výsledků prací na výzkumném projektu využití betonového recyklátu v cementářství, kde dosud technické požadavky nebyly na této konferenci publikovány. 2. Přehled nejdůležitějších dokumentů vztahujících se k nakládání s SDO 1 Zákon č. 185/2001 Sb., o odpadech a o změně některých dalších zákonů, ve znění pozdějších předpisů, a právní předpisy vydané k jeho provedení. 2. 2.Vyhláška Ministerstva životního prostředí č. 381/2001 Sb., kterou se stanoví Katalog odpadů, Seznam nebezpečných odpadů a seznamy odpadů a států pro účely vývozu, dovozu a tranzitu odpadů a postup při udělování souhlasu k vývozu, dovozu a tranzitu odpadů (Katalog odpadů). 3. Vyhláška Ministerstva životního prostředí č. 383/2001 Sb., o podrobnostech nakládání s odpady. 4. Vyhláška Ministerstva životního prostředí a Ministerstva zdravotnictví č. 376/2001 Sb., o hodnocení nebezpečných vlastností odpadů. 5. Nařízení vlády 197/2003 Sb. - Plán odpadového hospodářství ČR. 6. Metodický pokyn odboru odpadů k nakládání s odpady ze stavební výroby a s odpady z rekonstrukcí a odstraňování staveb. Věstník Ministerstva životního prostředí 9/2003. 7. Zákon č. 50/1976 Sb., stavební zákon, ve znění pozdějších předpisů. 165
8. Zákon č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky a o změně a doplnění některých zákonů, ve znění pozdějších předpisů. 9. Nařízení vlády č. 163/2002 Sb., kterým se stanoví technické požadavky na vybrané stavební výrobky. 10. Nařízení vlády č. 190/2002 Sb. kterým se stanoví technické požadavky na stavební výrobky označované CE, ve znění pozdějších předpisů. 11. Zákon č. 102/2001 Sb. o obecné bezpečnosti výrobků a o změně některých zákonů ve znění pozdějších předpisů. 12. Zákon č. 634/1992 Sb. o ochraně spotřebitele ve znění pozdějších předpisů 13. Zákon č. 59/1998 Sb. o odpovědnosti za škodu způsobenou vadou výrobku. 14. Zákon č. 102/2001 Sb., o obecné bezpečnosti výrobků a o změně některých zákonů. 15. Zákon č. 634/1992 o ochraně spotřebitele ve znění pozdějších předpisů 16. Zákon č. 59/1998 o odpovědnosti za škodu způsobenou vadou výrobku. 17. Recykláty pro výstavbu pozemních komunikací. Obecné technické podmínky OTP ARSM 01/2001. Brno 2001 18. Soubor harmonizovaných norem: ČSN EN 12620:2004, ČSN EN 13043:2004, ČSN EN 13139:2004, ČSN EN 13 242:2004, ČSN EN 13 450:2004. V některých normách a předpisech je již stanovena možnost využití SDO ve stavební výrobě, zvláště pro výrobu stavebních konstrukčních prvků. Dále jsou zde uvedeny definice co je to stavební výrobek, stavební minerální odpady, základní požadavky na stavby a technické požadavky na výrobek atd. Vzhledem ke skutečnosti, že jsou technické požadavky zmiňovány a podrobně rozebírány v mnoha dalších přednáškách, bude v tomto příspěvku věnována pozornost jen vybraným technickým požadavkům a možného použití SDO. Důležitá je skutečnost, že dle těchto norem se naskýtá možnost upravený SDO označit jako výrobek, stavební výrobek či stanovený výrobek (definice viz příloha č.1 k NV č. 163/2002 Sb.) V tomto směru jsou již jisté zkušenosti jako např :Možnost použití recyklovaného kameniva umožňuje ČSN EN 12620:2004 Kamenivo do betonu (původní ČSN 72 1512 Kamenivo pro stavební účely). U recyklovaného kameniva (většinou jen betonový recyklát) stále přetrvává problém využití drobné frakce - do 4 mm a je vhodné ji míchat s přírodním drobným kamenivem. Byla zkoušena i možnost využití cihelného recyklátu pro výrobu betonů třídy C 12/16 dle zmíněné normy a pro výrobu malt což umožňuje ČSN EN 13139 Kamenivo pro malty. Dále využití cihelného recyklátu ve stabilizovaných podkladech a nestmelených vrstvách vozovek zvláště v oblastech městských aglomerací, kde jsou požadavky na budování místních komunikací a zpevněných ploch (parkoviště, hřiště). Další použití recyklovaných materiálů umožňuje norma ČSN EN 13043:2004 Kamenivo pro asfaltové směsi a povrchové vrstvy pozemních komunikací, letištních a jiných dopravních ploch a to jen jako betonový recyklát drobné i hrubé frakce pro ložní a podkladní vrstvy pozemních komunikací. Vzhledem ke skutečnosti, že stavební recykláty je možno svým charakterem a vlastnostmi použít jako plnivo do různých stavebních prvků, kde je nutno opět přihlížet k technickým požadavkům účelu jejich použití, je již dlouhodobě věnována pozornost sledování některých vybraných fyzikálně-mechanickým vlastností jako nasákavost, objemová hmotnost, sypná hmotnost, granulometrie, tvarové charakteristiky, hlinitost, zhutnitelnost apod. 166
Podle stavebního zákona smí zhotovitel při zpracování odpadu a jeho využití na stavbě použít pro stavbu jen výrobky, které mají takové vlastnosti aby při běžné údržbě byly dodrženy hlavní požadavky na stavbu formulované v šesti bodech Nařízení vlády č. 163/2002 Sb. a to konkrétně mechanická odolnost a stabilita, požární bezpečnost, hygiena, ochrana zdraví a životního prostředí, ochrana proti hluku atd. Stavební výrobky musí jako celek i jako jednotlivé části vyhovovat těmto požadavkům a respektovat hospodárnost vhodnou k jejich určenému použití. Pro konkrétní výrobky potom platí postup posuzování shody podle přílohy č.2 k nařízení vlády č. 163/2002 Sb. Z těchto požadavků jsou pro stavební odpady důležité: hygienická nezávadnost, trvanlivost a mechanická vlastnosti s přijatelným rozptylem. Stavební a demoliční odpady obsahují i nebezpečné látky pro životní prostředí a zdraví lidí a je potřeba posoudit, případně hodnotit jejich nebezpečné vlastnosti. Postupy při posouzení nebezpečných vlastností stavebních a demoličních odpadů pověřenou osobou stanoví část.3 Metodického pokynu pro nakládání se stavebními a demoličními odpady vydaného odborem MŽP. Cílem tohoto metodického pokynu je především zamezení nezákonného zbavování se neupraveného stavebního a demoličního odpadu a zamezení negativního vlivu na životní prostředí. Tyto nebezpečné vlastnosti jsou definovány vyhláškou č. 376/2001 Sb. V dalším textu uvádíme dosud nepublikované výsledky výzkumného projektu využití betonového recyklátu v cementářství, jako jednu ze surovinových složek, pro možnou výrobu portlandského slinku, kde technické požadavky nebyly doposud publikovány. 3. Vlastnosti betonového recyklátu jako cementářské suroviny Na pracovišti ústavu technologie stavebních hmot a dílců VUT v Brně jsou prováděny studijní práce na problematice posouzení možnosti uplatnění betonového recyklátu při výrobě portlandského slinku. V rozsahu granulometrie produkovaných betonových recyklátů není dosud zcela efektivně využívána frakce 0-4mm resp. 0-8mm, což je v podstatě podsítné po provedené recyklaci. Přitom bylo v určitém rozsahu vzorků zjištěno [3], že chemické složení podsítného z betonových recyklátů je po kvalitativní stránce prakticky stejné jako surovina pro výpal portlandského slinku. Tato okolnost byla vzata do úvahy a jako východisko existující reálné možnosti nahradit část přírodní těžené suroviny podsítným z betonového recyklátu tak, aby surovinová směs splnila požadavky vhodnosti pro výpal cementářského slinku. K tomuto účelu byly vybrány produkty z recyklačních linek, které jsou v dosahu cementáren Radotín, Prachovice a Mokrá - byly použity vzorky od výrobců WEKO Praha, WEAL Praha-Uhříněves, ŠUMBOR Hradec Králové a DUFONEV Brno. Záměrem této etapy bylo zjistit podrobněji, jaké je chemické a mineralogické složení propadu při výrobě betonových recyklátů a jaké vykazuje odchylky podle sledovaných výroben, případně i podle časové závislosti. Za nejdůležitější poznatky průzkumu z hlediska cílů projektu lze považovat skutečnosti: - potvrdil se původní předpoklad řešitelky projektu [5,6], že chemismus recyklátů je srovnatelný s chemismem surovinové moučky, - z hlediska reprodukovatelnosti výsledků bylo dále zjištěno, že chemismus recyklátů se nijak zásadně neliší ani podle lokality výrobny ani podle velikosti frakčního podílu, - svým 167
chemismem jsou si blízké recykláty betonové a recykláty směsné (čímž by se případně rozšířil podíl využitelných stavebních sutí). Zastoupení nejdůležitějších sledovaných oxidů v podsítném recyklátů je přibližně v rozmezí: 10 14 % CaO, 55-65% SiO 2 a 10-13% R 2 O 3. Z hlediska chemismu surovinové moučky vykazují recykláty dále příznivý obsah MgO, alkálií, síranů i chloridů. Ve druhé etapě experimentálních prací byly provedeny první pokusné výpaly slinku normálního alitického a navrženého slinku belitického (při poměru recyklátu a vysokoprocentního vápence 1:2,25 pro slinek belitický, resp. 1:3 pro slinek alitický), ve třetí etapě byly orientačně ověřeny a potvrzeny i hydratační schopnosti obou typů vypálených slinků. Závěrem první části práce bylo možno konstatovat, že je reálné využití recyklátů pro laboratorní přípravu surovinové moučky portlandských slinků a lze doporučit další experimenty optimalizace složení suroviny a pálících režimů. Z návazného druhého období řešení, kdy bylo provedeno rovněž sledování vybraných vlastností recyklátů ze stejných lokalit, lze v meziročním horizontu a mezi sebou navzájem učinit tyto závěry: - granulometrie recyklátů z jednotlivých výroben se i v jediném sledovaném frakčním intervalu (0-32mm) částečné liší, patrně v důsledku používání rozdílných rozdružovacích prostředků či zařízení. Nově byla jako nepříznivá vlastnost zjištěna přítomnost zbytků tzv. rozptýlené ocelové výztuže, která by při zpracování na surovinovou moučku mohla vyvolat technologické potíže v procesu drcení a mletí, - mineralogické složení recyklátů se liší jen velmi málo. Zpravidla obsahují křemen, živce a jíloviny jako minerály z kameniva, ke kterým se mohou přidružovat v akcesorických podílech pyroxeny, amfiboly případně i sádrovec. V cementovém kameni jsou zpravidla zastoupeny kalcit, někdy dosud portlandit, z něhož lze dedukovat i na přítomnost určitého podílu C-S-H fází, které ovšem nejsou RTGdifrakční analýzou prokazatelné, - i přes určité rozdíly mineralogického složení a granulometrie recyklátů byly z hlediska chemismu odchylky od aritmetického průměru v podílech sledovaných oxidů, tj. CaO, SiO 2, R 2 O 3, MgO a alkálií, zpravidla poměrně nízké, jak je uvedeno v tabulce1. Tab.1: Chemismus recyklátů ze všech sledovaných výroben Složka Aritmetický průměr se směrodatnou odchylkou [ % ] CaO 10,85 ± 1,02 SiO 2 62,97 ± 2,30 Al 2 O 3 9,09 ± 1,12 Fe 2 O 3 3,37 ± 0,11 MgO 1,80 ± 0,16 Na 2 O 1,41 ± 0,15 K 2 O 2,33 ± 0,59 Lze tedy konstatovat, že chemismus recyklátů odebraných z různých výroben i z odběrů meziročních je si vzájemně blízký a poměrně rovnoměrný. Z vybraného recyklátu byla zvolena frakce 0 32 mm, vytříděno podsítné 0 8 mm a dalšími úpravami spolu s vysokoprocentním vápencem a Fe-korekcí připraveny 168
surovinové moučky alitického i belitického slinku pro laboratorní výpaly s různým tepelným režimem v superkantalové a modelové rotační peci. U vypálených slinků bylo stejně jako v první části práce provedeno stanovení fázového složení metodou optické mikroskopie a RTG-difrakční analýzy. Ze všech vypálených slinků byly dále připraveny cementy jejich semletím v kulovém mlýně společně se sádrovcem na zvolený měrný povrch. U alitických cementů byla zvolena konstantní dávka sádrovce ve výši 5 % hm. Semletí bylo vedeno tak, aby výsledná granulometrie se shodovala s jemností mletí referenčního vzorku jednosložkového cementu CEM I 42,5R. Následovaly technologické zkoušky. Dosavadní výsledky prací prokázaly vhodnost zvolené metodiky laboratorní přípravy alitických a belitických slinků. Vlastnosti cementů připravených ze slinků alitických byly u obou výpalů v souladu se standardním portlandským cementem a vyhověly podmínkám pro třídu CEM I 42,5. V případě slinku belitického připravený cement vykazoval očekávanou sníženou hydratační rychlost, přitom snížení sádrovce a zvýšení měrného povrchu nebylo dosud dostatečně účinné. V experimentálních laboratorních pracích se dále pokračuje. 4. Literatura [1] Novotný, B.: Možnosti použití recyklovaných stavebních materiálů. "Odpady" č.10/1996 str.22-23. [2] Novotný, B.,Škopán, M.: Koncepční řešení v recyklaci stavebních materiálů. Stavební materiály č.2/96 str. 12-15, Těžební unie Brno 1996. [3] Novotný,B: Dlouhodobé sledování vybraných vlastností stavebních recklátů, RECYCLING 99, Brno 1997 [4] Novotný,B., Kulísek, K: Zhodnocení vybraných vlastností stavebních recyklátů. RECYCLING 2002, Brno 2002. [5] FRIDRICHOVÁ M., BRAUNER, J., KULÍSEK, K.: Využití podsítného z betonových recyklátů pro výpal p-slínku. In VUSTAH Sborník přednášek VII. konference Nové stavební hmoty a výrobky. 1 st ed. Brno: Výzkumný ústav stavebních hmot, 2003. [6] FRIDRICHOVÁ, M., BRAUNER, J., NOVÁK, J.: Recykláty jako jedna z výchozích surovin pro poloprovozní výpal slinku. In VUSTAH Sborník přednášek VIII. konference "Nové stavební hmoty a výrobky", 1 st ed. Brno: Výzkumný ústav stavebních hmot, 2004 Práce byla řešena s podporou projektu GAČR 103/03/1599 a MSM 0021630511 Progresivní stavební materiály s využitím druhotných surovin a jejich vliv na životnost konstrukcí. 169