Projekty a granty

Možnosti využití recyklovaného kameniva u vysokohodnotného betonu

SP2024/084

Možnosti využití recyklovaného kameniva u vysokohodnotného betonu Ačkoliv se v materiálovém inženýrství stavebních hmot zaměřuje významně pozornost k pojivům [1] ve snaze nalézt alternativní řešení k portlandskému cementu, tak se to samé nedá říct o další významné složce betonu, kamenivu. Nelze říci, že využití stavebně demoliční odpadů jakožto náhražky kameniva je zcela opomíjená záležitost [2]. Směsný recyklát získaný tříděním a drcením stavebně demoličního odpadu se běžně používá so náspů nebo pro úpravy podloží místo zeminy. V případě cihelného i betonového recyklátu se však naráží na omezení současných norem zabývající se kamenivem (např. ČSN EN 12620+A1 kamenivo do betonu, ČSN EN 13043 kamenivo do asfaltových směsí a ČSN EN 13242+A1 kamenivo pro směsi spojené hydraulickými pojivy), které nepočítají s možností využití recyklátů jakožto kameniva vůbec nebo pouze omezeně, ačkoliv se za určitých podmínek mohou nabízet jako vhodná alternativa. Recyklovaná betonová kameniva již našla stálé využití alespoň v násypech nebo v jednotlivých spodních vrstvách dopravních staveb [3][4], možnost jejich využití zpět v betonu je však stále do značné míry neprobádaná [4], kdy v řešeních pro vysokohodnotné betony je příkladů velice omezené množství [5]. Mezi důležité faktory patří také cena, kdy v současnosti při použití betonového recyklátu může úspora činit až 60 % na ceně kameniva oproti řešení s přírodním kamenivem při zohlednění demolice původní konstrukce, třídění (nečistoty v použitém betonovém recyklátu prokazatelně degradují vlastnosti ve výsledném betonu [6]) a zpracování vzniklého stavebně demoličního odpadu a transport [7]. Finanční úspora není v konečném důsledku velmi výrazná, mnohem zásadnější však je úspora ekologická, kdy úspory ve spotřebě energie, mohou činit až 60 % [8], nemluvě o využití stavebně demoliční odpadu, který by v opačném případě mohl skončit na skládce. Nejdůležitějším aspektem výroby betonu z betonového recyklátu je návrh receptury, kdy se vyskytuje více možností postupu. První se nabízí úplné nahrazení přírodního kameniva betonovým recyklátem [9], nebo jen částečným nahrazením např. mezi 25 a 50 % hmotnosti přírodního kameniva [10]. Většinou je však pouhá náhrada přírodního kameniva recyklátem nedostatečná, a je nutné vztahovat pozornost i na množství cementu, vodní součinitel [9][10], nebo samotnou frakci kameniva z betonového recyklátu [11][12]. Právě náhrada jemné frakce jemně mletým recyklátem může vést k vyššímu smršťování čerstvé cementové malty než v případě jemného přírodního kameniva [13]. Největší úskalí kameniva z betonového recyklátu je obsah cementové matrice, která není obsažena v přírodním kamenivu, oproti kterému je pórovitější, což ji činí více nasákavou, a výsledný beton méně odolný vůči agresivnímu prostředí a dosahující horších mechanických vlastností. Z tohoto důvodu není doporučené pouze nahradit přírodní kamenivo ve stávající receptuře, ale recepturu upravit, nebo připravit novu na míru kamenivu z betonového recyklátu. Začínají se však už objevovat i řešení na možnost odstranění cementové matrice a tím využití původního kameniva [14]. S ohledem na uvedené poznatky experimentální program zahrnuje testování kameniv z lokálně vyráběných betonových recyklátů (betonárna STRAUB Hlučín) vůči nejproblematičtějším vlastnostem, a to nasákavosti a odolnosti proti drcení. Následovat bude vývoj receptur a jejich podrobení pevnostním a dlouhodobým zkouškám s ohledem na trvanlivost a odolnost, mezi které bude patřit smršťování tvrdnoucí směsi, mrazuvzdornost, odolnosti vůči tlakové vodě, mrazu a chemickým rozmrazovacím látkám. Využito bude i elektronové a optické mikroskopie pro pozorování rozhraní mezi jednotlivými cementovými matricemi. Závěrem bude i ověření možnosti aplikace v konstrukčních prvcích, a to železobetonových nosnících. Reference: [1] Cement Carbon Dioxide Emissions Quietly Double in 20 Years [online]. [cit. 2023-12-18]. Dostupné z: https://news.wttw.com/2022/06/22/cement-carbon-dioxide-emissionsquietly-double-20-years [2] HAJEK, Petr. Sustainability perspective in fib MC2020: Contribution of concrete structures to sustainability. Online. Structural Concrete. 2023, roč. 24, č. 4, s. 4352-4361. ISSN 1464-4177. Dostupné z: https://doi.org/10.1002/suco.202300022. [cit. 2023-12-18]. [3] MINISTERSTVO DOPRAVY ODBOR SILNIČNÍ INFRASTRUKTURY. TP 210, UŽITÍ RECYKLOVANÝCH STAVEBNÍCH DEMOLIČNÍCH MATERIÁLŮ DO POZEMNÍCH KOMUNIKACÍ. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, 2011. [4] MACK, James W.; SOLBERG, Clinton E. a VOIGT, Gerald F. Recycling concrete pavements. Online. Concrete construction. 1993, s. 4. Dostupné z: https://www.concreteconstruction.net/projects/repair-rehab/recycling-concrete-pavements_o. [cit. 2023-12-18]. [5] PAVLŮ, Tereza; FOŘTOVÁ, Kristina; MARIAKOVÁ, Diana; ŘEPKA, Jakub; VLACH, Tomáš et al. High‐performance concrete with fine recycled concrete aggregate: Experimental assessment. Online. Structural Concrete. 2023, roč. 24, č. 2, s. 1868-1878. ISSN 1464-4177. Dostupné z: https://doi.org/10.1002/suco.202200734. [cit. 2023-12-18]. [6] SMITH, James T. Recycled Concrete Aggregate: A Viable Aggregate Source For Concrete Pavements. Disertační práce. Waterloo, Ontario, Canada: University of Waterloo, 2009. [7] Recycling Concrete Saves Resources, Eliminates Dumping. Online. ENVIRONMENTAL COUNCIL of CONCRETE ORGANIZATIONS. 1997, s. 2. Dostupné z: https://p2infohouse.org/ref/14/13602.pdf. [cit. 2023-12-18]. [8] HOSSAIN, Md. Uzzal; POON, Chi Sun; LO, Irene M.C. a CHENG, Jack C.P. Comparative environmental evaluation of aggregate production from recycled waste materials and virgin sources by LCA. Online. Resources, Conservation and Recycling. 2016, roč. 109, s. 67-77. ISSN 09213449. Dostupné z: https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2016.02.009. [cit. 2023-12-18]. [9] BELTRÁN, Manuel G.; BARBUDO, Auxi; AGRELA, Francisco; GALVÍN, Adela P. a JIMÉNEZ, José Ramón. Effect of cement addition on the properties of recycled concretes to reach control concretes strengths. Online. Journal of Cleaner Production. 2014, roč. 79, s. 124-133. ISSN 09596526. Dostupné z: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2014.05.053. [cit. 2023-12-18]. [10] ETXEBERRIA, M.; VÁZQUEZ, E.; MARÍ, A. a BARRA, M. Influence of amount of recycled coarse aggregates and production process on properties of recycled aggregate concrete. Online. Cement and Concrete Research. 2007, roč. 37, č. 5, s. 735-742. ISSN 00088846. Dostupné z: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2007.02.002. [cit. 2023-12-18]. [11] VERIAN, Kho Pin; ASHRAF, Warda a CAO, Yizheng. Properties of recycled concrete aggregate and their influence in new concrete production. Online. Resources, Conservation and Recycling. 2018, roč. 133, s. 30-49. ISSN 09213449. Dostupné z: https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2018.02.005. [cit. 2023-12-18]. [12] JAIN, Jitendra; VERIAN, Kho Pin; OLEK, Jan a WHITING, Nancy. Durability of Pavement Concretes Made with Recycled Concrete Aggregates. Online. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board. 2012, roč. 2290, č. 1, s. 44-51. ISSN 0361-1981. Dostupné z: https://doi.org/10.3141/2290-06. [cit. 2023-12-18]. [13] FAN, Cheng-Chih; HUANG, Ran; HWANG, Howard a CHAO, Sao-Jeng. The Effects of Different Fine Recycled Concrete Aggregates on the Properties of Mortar. Online. Materials. 2015, roč. 8, č. 5, s. 2658-2672. ISSN 1996-1944. Dostupné z: https://doi.org/10.3390/ma8052658. [cit. 2023-12-18]. [14] SHI, Caijun; LI, Yake; ZHANG, Jiake; LI, Wengui; CHONG, Linlin et al. Performance enhancement of recycled concrete aggregate – A review. Online. Journal of Cleaner Production. 2016, roč. 112, s. 466-472. ISSN 09596526. Dostupné z: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2015.08.057. [cit. 2023-12-18]. Zvolené metody řešení: V rámci experimentálního programu je v plánu testování několika zkušebních sérií, konkrétně: referenční směsi s obsahem přírodního kameniva; směsi s 50 % a 100 % nahrazením přírodního kameniva kamenivem z betonového recyklátu bez žádné další změny oproti referenční receptuře; receptury upravené pro dosažení vlastností v páru s referenční recepturou. Zkušební program se se bude zabývat: 1. Testováním vlastností kameniva z recyklovaného betonu a jejich porovnání s přírodním kamenivem: stanovení nasákavost a odolnosti proti drcení metodou Los Angeles. (Jeřábek, Pěkníková) 2. Testováním vlastností čerstvé a zrající směsi: zkoušky konzistence čerstvé směsi a monitorování jejího smrštění během tvrdnutí. (Jeřábek) 3. Testováním mechanických vlastností: pevnosti v tlaku a příčném tahu, moduly pružnosti a specializovaných odolnostních charakteristik: mrazuvzdornost, odolnost proti mrazu a chemickým rozmrazovacím látkám. (Jeřábek) 4. Testováním konstrukčních prvků, a to železobetonových nosníků pro stanovení mechanismu porušení a stanovení zatěžovacího diagramu. (Jeřábek, Ćmiel) 5. Studium mikrostruktury s využitím elektronové mikroskopie pro analýzu rozhraní cementové matrice s recyklovaným betonovým kamenivem, stanovení prvkového složení a pozorování vzniku mikrotrhlin po vystavení žáru a mrazu. (Jeřábek, Ćmiel, Pěkníková) Experimentální program zahrnuje přípravu forem, betonáž a odbedňování zkušebních těles, čištění forem, ošetřování, zkoušení a následnou likvidaci zkušebních těles. U zvolených metod řešení se bude postupovat při vyhodnocení a provádění v souladu se standardy a doporučeními: [1] ČSN EN 1097-6, Zkoušení mechanických a fyzikálních vlastností kameniva – Část 6: Stanovení objemové hmotnosti zrn a nasákavosti. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2023. [2] ČSN EN 1097-2, Zkoušení mechanických a fyzikálních vlastností kameniva – Část 2: Metody pro stanovení odolnosti proti drcení. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2010. [3] ČSN EN 12350-2. Zkoušení čerstvého betonu – Část 2 Zkouška sednutím. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2020. [4] ČSN EN 12350-4: Zkoušení čerstvého betonu – Část 4: Stupeň zhutnitelnosti. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2020 [5] ČSN EN 12350-5. Zkoušení čerstvého betonu – Část 5 Zkouška rozlitím. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2020. [6] ČSN 73 1371: Nedestruktívni zkoušení betonu – Ultrazvuková impulzová metoda zkoušení betonu. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011. [7] ČSN 73 1373: Nedestruktívni zkoušení betonu – Tvrdoměrné metody zkoušení betonu. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011. [8] ČSN EN 12390-3: Zkoušení ztvrdlého betonu – Část 3: Pevnost v tlaku zkušebních těles. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2020 [9] ČSN EN 12390-5: Zkoušení ztvrdlého betonu – Část 5: Pevnost tahu ohybem zkušebních těles. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2020 [10] ČSN EN 12390-6: Zkoušení ztvrdlého betonu – Část 6: Pevnost v příčném tahu zkušebních těles. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2010 [11] ČSN ISO 1920-10, Zkoušení betonu – Část 10 Stanovení statického modulu pružnosti v tlaku. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2016. [12] ČSN EN 12390-13, Zkoušení ztvrdlého betonu – Část 13 Stanovení sečnového modulu pružnosti v tlaku. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2021. [13] ČSN 73 1322, Stanovení mrazuvzdornosti betonu. Praha: Úřad pro normalizaci a měření, 1968. Zdůvodnění finančních prostředků: Stipendia: Výše stipendia byla stanovená po dohodě řešitelského kolektivu na základě rozdělení a časové náročnosti jednotlivých úloh projektu. 1. Ing. Jan Jeřábek – hlavní řešitel (2. ročník doktorského studia) – koordinace projektu, návrh složení receptur, technická příprava a realizace experimentů v laboratoři, vyhodnocení dat, publikační činnost (18 000 Kč), téma DiP: Identifikace lomově-mechanických parametrů a studium mikrostruktury u vybraného vysokohodnotného betonu. Dosavadní výsledky: 1x Jscopus, Gandel R., Jerabek J., Marcalikova Z. Reinforced Concrete Beams Without Shear Reinforcement Using Fiber Reinforced Concrete and Alkali-Activated Material (2023) Civil and Environmental Engineering, 19 (1), pp. 348 - 356, DOI: 10.2478/cee-2023-0031 2. Bc. Petr Ćmiel – spoluřešitel (1. ročník doktorského studia, zápis do studia únor 2024) – návrh složení receptur, technická příprava a realizace specializovaných zkoušek v laboratoři (4 000 Kč), téma DiP: Diagnostika stavebních konstrukcí pro pokročilou statickou analýzu 3. Bc. Andrea Pěkníková – spoluřešitel (1. ročník navazujícího magisterského studia: Stavební hmoty a diagnostika staveb) – asistence technické přípravy a realizace specializovaných zkoušek v laboratoři, (3 000 Kč), téma DP: Využití recyklátů u vysokohodnotných betonů, za bakalářskou práci uděleno ocenění (celostátní kolo): Vynikající bakalářská práce v oboru betonu – kategorie Technologie Betonu Náklady na stipendia celkem: 25 000 Kč Materiálové náklady: 1. Materiál pro výrobu zkušebních těles, cca 150 zkušebních těles (kamenivo přírodní a z betonového recyklátu, pojivo, stavební chemie) 25 000 Kč 2. Spotřební materiál pro účely laboratoře (nářadí – lžíce, stěrky) 1 500 Kč 3. Zkušební přípravky pro speciální zkoušky a formy 3 500 Kč Náklady na materiál celkem: 30 000 Kč Služby: 1. Časopis CEE (Jscopus) 18 000 Kč 2. Náklady laboratoře stavebních hmot – dle zásad pravidel SGS (kalibrace) – 3 000 Kč 3. Aktivní účast na semináři Kobylí (Udržitelný beton) – 3 000 Kč Náklady na Služby celkem: 24 000 Kč Cestovné: 1x Seminář – udržitelný beton: cestovné a ubytování – 3 000 Kč Náklady na cestovné celkem: 3 000 Kč Režie: 9 130 Kč Harmonogram prací: Leden-Únor Podrobná rešerše literatury týkající se problematiky recyklovaného kameniva v betonu. Návrh zkušebních receptur. Březen Specializované zkoušky recyklovaného betonového kameniva. Úprava navržených receptur s ohledem na zjištěné vlastnosti recyklovaného betonového kameniva. Výroba referenčních zkušebních sérií s obsahem přírodního kameniva. Počátek testování vývoje pevnostních charakteristik v závislosti na čase a ošetřování referenčních receptur. Duben-Květen Výroba zkušebních sérií obsahujících kamenivo z betonového recyklátu. Testování vlastností čerstvé a zrající směsi. Testování vývoje pevnostních charakteristik v závislosti na čase a ošetřování. Normové testování mechanických vlastností vyrobených zkušebních těles. Duben Vyhodnocení a analýza dosavadních provedených zkoušek experimentálního programu. Červen Další výroba zkušebních sérií s obsahem recyklovaného kameniva, výroba konstrukčních prvků (železobetonových nosníků). Červenec Normové testování mechanických vlastností vyrobených zkušebních těles. Stanovení únosnosti vyrobených konstrukčních prvků. Studium mikrostruktury. Počátek dlouhodobých zkoušek s ohledem na trvanlivost a odolnost (stanovení mrazuvzdornosti a odolnosti proti chemickým rozmrazovacím látkám). Srpen-Září Provedení dlouhodobých zkoušek s ohledem na trvanlivost a odolnost (stanovení mrazuvzdornosti a odolnosti proti chemickým rozmrazovacím látkám). Studium mikrostruktury. Říjen–Listopad: Finální statistické vyhodnocení naměřených dat, statistické a korelační analýzy. Příprava publikace (Jscopus). Prosinec 2024 Účast na semináři v Kobylí Rozsah prací po optimalizaci testovaných receptur bude činit přibližně 3 až 4 testovací série, každá o minimálně cca 40 testovací tělesech/vzorcích.

2024

2024

Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy

SGS

Specifický výzkum VŠB-TUO

Jeřábek Jan Ing.

Možnosti využití recyklovaného kameniva u vysokohodnotného betonu

SP2024/084

Možnosti využití recyklovaného kameniva u vysokohodnotného betonu Ačkoliv se v materiálovém inženýrství stavebních hmot zaměřuje významně pozornost k pojivům [1] ve snaze nalézt alternativní řešení k portlandskému cementu, tak se to samé nedá říct o další významné složce betonu, kamenivu. Nelze říci, že využití stavebně demoliční odpadů jakožto náhražky kameniva je zcela opomíjená záležitost [2]. Směsný recyklát získaný tříděním a drcením stavebně demoličního odpadu se běžně používá so náspů nebo pro úpravy podloží místo zeminy. V případě cihelného i betonového recyklátu se však naráží na omezení současných norem zabývající se kamenivem (např. ČSN EN 12620+A1 kamenivo do betonu, ČSN EN 13043 kamenivo do asfaltových směsí a ČSN EN 13242+A1 kamenivo pro směsi spojené hydraulickými pojivy), které nepočítají s možností využití recyklátů jakožto kameniva vůbec nebo pouze omezeně, ačkoliv se za určitých podmínek mohou nabízet jako vhodná alternativa. Recyklovaná betonová kameniva již našla stálé využití alespoň v násypech nebo v jednotlivých spodních vrstvách dopravních staveb [3][4], možnost jejich využití zpět v betonu je však stále do značné míry neprobádaná [4], kdy v řešeních pro vysokohodnotné betony je příkladů velice omezené množství [5]. Mezi důležité faktory patří také cena, kdy v současnosti při použití betonového recyklátu může úspora činit až 60 % na ceně kameniva oproti řešení s přírodním kamenivem při zohlednění demolice původní konstrukce, třídění (nečistoty v použitém betonovém recyklátu prokazatelně degradují vlastnosti ve výsledném betonu [6]) a zpracování vzniklého stavebně demoličního odpadu a transport [7]. Finanční úspora není v konečném důsledku velmi výrazná, mnohem zásadnější však je úspora ekologická, kdy úspory ve spotřebě energie, mohou činit až 60 % [8], nemluvě o využití stavebně demoliční odpadu, který by v opačném případě mohl skončit na skládce. Nejdůležitějším aspektem výroby betonu z betonového recyklátu je návrh receptury, kdy se vyskytuje více možností postupu. První se nabízí úplné nahrazení přírodního kameniva betonovým recyklátem [9], nebo jen částečným nahrazením např. mezi 25 a 50 % hmotnosti přírodního kameniva [10]. Většinou je však pouhá náhrada přírodního kameniva recyklátem nedostatečná, a je nutné vztahovat pozornost i na množství cementu, vodní součinitel [9][10], nebo samotnou frakci kameniva z betonového recyklátu [11][12]. Právě náhrada jemné frakce jemně mletým recyklátem může vést k vyššímu smršťování čerstvé cementové malty než v případě jemného přírodního kameniva [13]. Největší úskalí kameniva z betonového recyklátu je obsah cementové matrice, která není obsažena v přírodním kamenivu, oproti kterému je pórovitější, což ji činí více nasákavou, a výsledný beton méně odolný vůči agresivnímu prostředí a dosahující horších mechanických vlastností. Z tohoto důvodu není doporučené pouze nahradit přírodní kamenivo ve stávající receptuře, ale recepturu upravit, nebo připravit novu na míru kamenivu z betonového recyklátu. Začínají se však už objevovat i řešení na možnost odstranění cementové matrice a tím využití původního kameniva [14]. S ohledem na uvedené poznatky experimentální program zahrnuje testování kameniv z lokálně vyráběných betonových recyklátů (betonárna STRAUB Hlučín) vůči nejproblematičtějším vlastnostem, a to nasákavosti a odolnosti proti drcení. Následovat bude vývoj receptur a jejich podrobení pevnostním a dlouhodobým zkouškám s ohledem na trvanlivost a odolnost, mezi které bude patřit smršťování tvrdnoucí směsi, mrazuvzdornost, odolnosti vůči tlakové vodě, mrazu a chemickým rozmrazovacím látkám. Využito bude i elektronové a optické mikroskopie pro pozorování rozhraní mezi jednotlivými cementovými matricemi. Závěrem bude i ověření možnosti aplikace v konstrukčních prvcích, a to železobetonových nosnících. Reference: [1] Cement Carbon Dioxide Emissions Quietly Double in 20 Years [online]. [cit. 2023-12-18]. Dostupné z: https://news.wttw.com/2022/06/22/cement-carbon-dioxide-emissionsquietly-double-20-years [2] HAJEK, Petr. Sustainability perspective in fib MC2020: Contribution of concrete structures to sustainability. Online. Structural Concrete. 2023, roč. 24, č. 4, s. 4352-4361. ISSN 1464-4177. Dostupné z: https://doi.org/10.1002/suco.202300022. [cit. 2023-12-18]. [3] MINISTERSTVO DOPRAVY ODBOR SILNIČNÍ INFRASTRUKTURY. TP 210, UŽITÍ RECYKLOVANÝCH STAVEBNÍCH DEMOLIČNÍCH MATERIÁLŮ DO POZEMNÍCH KOMUNIKACÍ. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, 2011. [4] MACK, James W.; SOLBERG, Clinton E. a VOIGT, Gerald F. Recycling concrete pavements. Online. Concrete construction. 1993, s. 4. Dostupné z: https://www.concreteconstruction.net/projects/repair-rehab/recycling-concrete-pavements_o. [cit. 2023-12-18]. [5] PAVLŮ, Tereza; FOŘTOVÁ, Kristina; MARIAKOVÁ, Diana; ŘEPKA, Jakub; VLACH, Tomáš et al. High‐performance concrete with fine recycled concrete aggregate: Experimental assessment. Online. Structural Concrete. 2023, roč. 24, č. 2, s. 1868-1878. ISSN 1464-4177. Dostupné z: https://doi.org/10.1002/suco.202200734. [cit. 2023-12-18]. [6] SMITH, James T. Recycled Concrete Aggregate: A Viable Aggregate Source For Concrete Pavements. Disertační práce. Waterloo, Ontario, Canada: University of Waterloo, 2009. [7] Recycling Concrete Saves Resources, Eliminates Dumping. Online. ENVIRONMENTAL COUNCIL of CONCRETE ORGANIZATIONS. 1997, s. 2. Dostupné z: https://p2infohouse.org/ref/14/13602.pdf. [cit. 2023-12-18]. [8] HOSSAIN, Md. Uzzal; POON, Chi Sun; LO, Irene M.C. a CHENG, Jack C.P. Comparative environmental evaluation of aggregate production from recycled waste materials and virgin sources by LCA. Online. Resources, Conservation and Recycling. 2016, roč. 109, s. 67-77. ISSN 09213449. Dostupné z: https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2016.02.009. [cit. 2023-12-18]. [9] BELTRÁN, Manuel G.; BARBUDO, Auxi; AGRELA, Francisco; GALVÍN, Adela P. a JIMÉNEZ, José Ramón. Effect of cement addition on the properties of recycled concretes to reach control concretes strengths. Online. Journal of Cleaner Production. 2014, roč. 79, s. 124-133. ISSN 09596526. Dostupné z: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2014.05.053. [cit. 2023-12-18]. [10] ETXEBERRIA, M.; VÁZQUEZ, E.; MARÍ, A. a BARRA, M. Influence of amount of recycled coarse aggregates and production process on properties of recycled aggregate concrete. Online. Cement and Concrete Research. 2007, roč. 37, č. 5, s. 735-742. ISSN 00088846. Dostupné z: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2007.02.002. [cit. 2023-12-18]. [11] VERIAN, Kho Pin; ASHRAF, Warda a CAO, Yizheng. Properties of recycled concrete aggregate and their influence in new concrete production. Online. Resources, Conservation and Recycling. 2018, roč. 133, s. 30-49. ISSN 09213449. Dostupné z: https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2018.02.005. [cit. 2023-12-18]. [12] JAIN, Jitendra; VERIAN, Kho Pin; OLEK, Jan a WHITING, Nancy. Durability of Pavement Concretes Made with Recycled Concrete Aggregates. Online. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board. 2012, roč. 2290, č. 1, s. 44-51. ISSN 0361-1981. Dostupné z: https://doi.org/10.3141/2290-06. [cit. 2023-12-18]. [13] FAN, Cheng-Chih; HUANG, Ran; HWANG, Howard a CHAO, Sao-Jeng. The Effects of Different Fine Recycled Concrete Aggregates on the Properties of Mortar. Online. Materials. 2015, roč. 8, č. 5, s. 2658-2672. ISSN 1996-1944. Dostupné z: https://doi.org/10.3390/ma8052658. [cit. 2023-12-18]. [14] SHI, Caijun; LI, Yake; ZHANG, Jiake; LI, Wengui; CHONG, Linlin et al. Performance enhancement of recycled concrete aggregate – A review. Online. Journal of Cleaner Production. 2016, roč. 112, s. 466-472. ISSN 09596526. Dostupné z: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2015.08.057. [cit. 2023-12-18]. Zvolené metody řešení: V rámci experimentálního programu je v plánu testování několika zkušebních sérií, konkrétně: referenční směsi s obsahem přírodního kameniva; směsi s 50 % a 100 % nahrazením přírodního kameniva kamenivem z betonového recyklátu bez žádné další změny oproti referenční receptuře; receptury upravené pro dosažení vlastností v páru s referenční recepturou. Zkušební program se se bude zabývat: 1. Testováním vlastností kameniva z recyklovaného betonu a jejich porovnání s přírodním kamenivem: stanovení nasákavost a odolnosti proti drcení metodou Los Angeles. (Jeřábek, Pěkníková) 2. Testováním vlastností čerstvé a zrající směsi: zkoušky konzistence čerstvé směsi a monitorování jejího smrštění během tvrdnutí. (Jeřábek) 3. Testováním mechanických vlastností: pevnosti v tlaku a příčném tahu, moduly pružnosti a specializovaných odolnostních charakteristik: mrazuvzdornost, odolnost proti mrazu a chemickým rozmrazovacím látkám. (Jeřábek) 4. Testováním konstrukčních prvků, a to železobetonových nosníků pro stanovení mechanismu porušení a stanovení zatěžovacího diagramu. (Jeřábek, Ćmiel) 5. Studium mikrostruktury s využitím elektronové mikroskopie pro analýzu rozhraní cementové matrice s recyklovaným betonovým kamenivem, stanovení prvkového složení a pozorování vzniku mikrotrhlin po vystavení žáru a mrazu. (Jeřábek, Ćmiel, Pěkníková) Experimentální program zahrnuje přípravu forem, betonáž a odbedňování zkušebních těles, čištění forem, ošetřování, zkoušení a následnou likvidaci zkušebních těles. U zvolených metod řešení se bude postupovat při vyhodnocení a provádění v souladu se standardy a doporučeními: [1] ČSN EN 1097-6, Zkoušení mechanických a fyzikálních vlastností kameniva – Část 6: Stanovení objemové hmotnosti zrn a nasákavosti. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2023. [2] ČSN EN 1097-2, Zkoušení mechanických a fyzikálních vlastností kameniva – Část 2: Metody pro stanovení odolnosti proti drcení. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2010. [3] ČSN EN 12350-2. Zkoušení čerstvého betonu – Část 2 Zkouška sednutím. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2020. [4] ČSN EN 12350-4: Zkoušení čerstvého betonu – Část 4: Stupeň zhutnitelnosti. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2020 [5] ČSN EN 12350-5. Zkoušení čerstvého betonu – Část 5 Zkouška rozlitím. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2020. [6] ČSN 73 1371: Nedestruktívni zkoušení betonu – Ultrazvuková impulzová metoda zkoušení betonu. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011. [7] ČSN 73 1373: Nedestruktívni zkoušení betonu – Tvrdoměrné metody zkoušení betonu. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011. [8] ČSN EN 12390-3: Zkoušení ztvrdlého betonu – Část 3: Pevnost v tlaku zkušebních těles. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2020 [9] ČSN EN 12390-5: Zkoušení ztvrdlého betonu – Část 5: Pevnost tahu ohybem zkušebních těles. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2020 [10] ČSN EN 12390-6: Zkoušení ztvrdlého betonu – Část 6: Pevnost v příčném tahu zkušebních těles. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2010 [11] ČSN ISO 1920-10, Zkoušení betonu – Část 10 Stanovení statického modulu pružnosti v tlaku. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2016. [12] ČSN EN 12390-13, Zkoušení ztvrdlého betonu – Část 13 Stanovení sečnového modulu pružnosti v tlaku. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2021. [13] ČSN 73 1322, Stanovení mrazuvzdornosti betonu. Praha: Úřad pro normalizaci a měření, 1968. Zdůvodnění finančních prostředků: Stipendia: Výše stipendia byla stanovená po dohodě řešitelského kolektivu na základě rozdělení a časové náročnosti jednotlivých úloh projektu. 1. Ing. Jan Jeřábek – hlavní řešitel (2. ročník doktorského studia) – koordinace projektu, návrh složení receptur, technická příprava a realizace experimentů v laboratoři, vyhodnocení dat, publikační činnost (18 000 Kč), téma DiP: Identifikace lomově-mechanických parametrů a studium mikrostruktury u vybraného vysokohodnotného betonu. Dosavadní výsledky: 1x Jscopus, Gandel R., Jerabek J., Marcalikova Z. Reinforced Concrete Beams Without Shear Reinforcement Using Fiber Reinforced Concrete and Alkali-Activated Material (2023) Civil and Environmental Engineering, 19 (1), pp. 348 - 356, DOI: 10.2478/cee-2023-0031 2. Bc. Petr Ćmiel – spoluřešitel (1. ročník doktorského studia, zápis do studia únor 2024) – návrh složení receptur, technická příprava a realizace specializovaných zkoušek v laboratoři (4 000 Kč), téma DiP: Diagnostika stavebních konstrukcí pro pokročilou statickou analýzu 3. Bc. Andrea Pěkníková – spoluřešitel (1. ročník navazujícího magisterského studia: Stavební hmoty a diagnostika staveb) – asistence technické přípravy a realizace specializovaných zkoušek v laboratoři, (3 000 Kč), téma DP: Využití recyklátů u vysokohodnotných betonů, za bakalářskou práci uděleno ocenění (celostátní kolo): Vynikající bakalářská práce v oboru betonu – kategorie Technologie Betonu Náklady na stipendia celkem: 25 000 Kč Materiálové náklady: 1. Materiál pro výrobu zkušebních těles, cca 150 zkušebních těles (kamenivo přírodní a z betonového recyklátu, pojivo, stavební chemie) 25 000 Kč 2. Spotřební materiál pro účely laboratoře (nářadí – lžíce, stěrky) 1 500 Kč 3. Zkušební přípravky pro speciální zkoušky a formy 3 500 Kč Náklady na materiál celkem: 30 000 Kč Služby: 1. Časopis CEE (Jscopus) 18 000 Kč 2. Náklady laboratoře stavebních hmot – dle zásad pravidel SGS (kalibrace) – 3 000 Kč 3. Aktivní účast na semináři Kobylí (Udržitelný beton) – 3 000 Kč Náklady na Služby celkem: 24 000 Kč Cestovné: 1x Seminář – udržitelný beton: cestovné a ubytování – 3 000 Kč Náklady na cestovné celkem: 3 000 Kč Režie: 9 130 Kč Harmonogram prací: Leden-Únor Podrobná rešerše literatury týkající se problematiky recyklovaného kameniva v betonu. Návrh zkušebních receptur. Březen Specializované zkoušky recyklovaného betonového kameniva. Úprava navržených receptur s ohledem na zjištěné vlastnosti recyklovaného betonového kameniva. Výroba referenčních zkušebních sérií s obsahem přírodního kameniva. Počátek testování vývoje pevnostních charakteristik v závislosti na čase a ošetřování referenčních receptur. Duben-Květen Výroba zkušebních sérií obsahujících kamenivo z betonového recyklátu. Testování vlastností čerstvé a zrající směsi. Testování vývoje pevnostních charakteristik v závislosti na čase a ošetřování. Normové testování mechanických vlastností vyrobených zkušebních těles. Duben Vyhodnocení a analýza dosavadních provedených zkoušek experimentálního programu. Červen Další výroba zkušebních sérií s obsahem recyklovaného kameniva, výroba konstrukčních prvků (železobetonových nosníků). Červenec Normové testování mechanických vlastností vyrobených zkušebních těles. Stanovení únosnosti vyrobených konstrukčních prvků. Studium mikrostruktury. Počátek dlouhodobých zkoušek s ohledem na trvanlivost a odolnost (stanovení mrazuvzdornosti a odolnosti proti chemickým rozmrazovacím látkám). Srpen-Září Provedení dlouhodobých zkoušek s ohledem na trvanlivost a odolnost (stanovení mrazuvzdornosti a odolnosti proti chemickým rozmrazovacím látkám). Studium mikrostruktury. Říjen–Listopad: Finální statistické vyhodnocení naměřených dat, statistické a korelační analýzy. Příprava publikace (Jscopus). Prosinec 2024 Účast na semináři v Kobylí Rozsah prací po optimalizaci testovaných receptur bude činit přibližně 3 až 4 testovací série, každá o minimálně cca 40 testovací tělesech/vzorcích.

2024

2024

Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy

SGS

Specifický výzkum VŠB-TUO

Jeřábek Jan Ing.