Lapszámok

A körforgásos gazdaság célkitűzései, az építőanyagipari nyersanyagárak növekedése, valamint a betonadalékanyag-bányák kitermelési kapacitásainak végessége együtt irányítják rá a figyelmet a betonhulladék mint adalékanyag hasznosítási lehetőségeire.

Az építési, bontási és építőanyag-gyártási hulladék minél magasabb arányú újrahasznosítása évtizedek óta egy elérendő cél, hiszen már a 2002. évi Országos Hulladékgazdálkodási Terv is kitűzte az 50%- os újrahasznosítási arányt 2008-ig, amely erősen optimista célkitűzés volt. Hátráltatta e cél elérését az is, hogy 2005-ig nem állt rendelkezésre a betontechnológusok számára olyan útmutatás, amely kísérletezés és nagyszámú próbakeverés nélkül segítette volna az összetétel tervezését. 2005-ben jelent meg a Nemzetközi Betonszövetség (fib) Magyar Tagozatának az a műszaki irányelve (BV-MI:2005 H), amely kőzetfizikai jellemzők alapján (aprózódási és kopási ellenállás, MgSO4 kristályosítási veszteség) írta elő a tervezett nyomószilárdsághoz maximálisan felhasználható betonhulladék részarányát. Sőt az irányelv arra is ad tervezési segédletet, hogy az új beton nyomószilárdságát milyen mértékben tervezzük túl, amennyiben a legjobbtól eltérő kőzetfizikai osztályú betonhulladékkal dolgozunk, egyszerűen használható szorzófaktor formájában.

1. ábra

Ezen irányelv főbb műszaki követelményei a 2008-ban kiadott e-UT 05.02.31 Útbeton betonhulladék újrahasznosításával című útügyi műszaki előírásban is megjelentek, így már kötelezően alkalmazandóvá vált a közutak építésénél és fenntartásánál.

Törtbetonnal készült transzportbeton készítésénél a fenti fib irányelven túlmenően az MSZ EN 12620:2002+A1:2008 követelményeit is be kell tartani, amely bár csak nagy szilárdságú betonhoz történő felhasználás esetén teszi kötelezővé az aprózódási ellenállás vizsgálatát, normál szilárdságú betonoknál is célszerű elvégezni, hiszen ez a tört szemcsék repedezettségéről, szilárdságáról is tájékoztat.

2. ábra

A betontervezésnél az MSZ 4798:2016/2M:2018 szabvány E.3. pontjának ajánlását is figyelembe kell venni, amely a környezeti osztályok és a felhasználni kívánt újrahasznosított adalékanyag tisztasága alapján korlátozza a felhasználási arányt. Mivel a BV-MI 01:2005 (H) irányelv is tartalmaz korlátozásokat a felhasználási arányra vonatkozóan, szükséges volt az ajánlások egyesítése, amely az 4/2019. (VII.1.) ÉPMI irányelv formájában valósult meg. Ez az irányelv többek között azt is meghatározza, hogy a tervezett nyomószilárdság és a tört beton kőzetfizikai osztálya alapján mely esetekben szükséges a felhasználási arányt az MSZ 4798:2016 szabványban található érték felére vagy negyedére csökkenteni.

3. ábra

A fenti szabályozások és tervezési segédletek ellenére még mindig jelentősen elmaradunk az újrahasznosított adalékanyagok felhasználása terén. Míg az EU-ban, ahol 2018-ban összesen 1135 Mt kitermelt homok és kavics mellett 321 Mt újrahasznosításból keletkező adalékanyagot használtak fel (UEPG 2020), Magyarországon 48 Mt homok és kavics kitermelése mellett ez kimutathatatlanul alacsony arány és ennek túlnyomó része is csak útalapokban, feltöltésekben való elhelyezést jelent. Az építőipari teljesítmény növekedésével a bontási, a maradék és a selejt betonhulladék mennyisége is növekszik, amely ellentétben a kavicsbányákkal, többnyire azokon a sűrűn lakott területeken keletkezik, ahol a legnagyobb beton felhasználási igény is jelentkezik. Ha legalább részben ki tudjuk váltani a magas szállítási költséggel rendelkező homok és kavics adalékanyagot, a környezet védelme mellett költséget is tudunk csökkenteni.

Cikkünk célja, hogy rámutassunk: a betonhulladékok mely kőzetfizikai jellemzőit szükséges ismernünk ahhoz, hogy olyan betonkeveréket tudjunk velük tervezni, mellyel nemhogy azonos minőségű, de esetleg még egyes paramétereiben jobb betont vagyunk képesek készíteni.

4. ábra

Vizsgálati eredmények

Vizsgálataink során bazaltzúzalékos pályabeton, térkő és zsaluzóelem töretének kőzetfizikai jellemzőit, illetve adalékanyagként felhasználva a megszilárdult beton tulajdonságaira gyakorolt hatását vizsgáltuk betonhulladékot nem tartalmazó referenciabetonhoz, illetve nyolc kavicsbányából származó kőanyaghalmaz jellemzőihez képest.

Vizsgálatainkhoz az előírásoknak megfelelően a letört betonhulladéknak csak a 4 mm feletti részét használtuk 4/8 és 8/16 frakciókra osztályozva és 50 m/m%-ban helyettesítve a kavicsfrakciót. A betontermékek kiválasztásakor az volt az elsődleges szempont, hogy ráirányítsuk a figyelmet, hogy a bontásból vagy gyártási selejtből származó betonelemek is felhasználhatók újrahasznosított betonadalékanyagként, amennyiben szelektíven bontották és tárolták azokat. A pályabeton pedig a bazalttartalma miatt vált érdekessé. A három betonelem közötti különbségek már a törés és osztályozás során megnyilvánultak. Az azonos módon előállított frakciók kihozatala jelentősen függ a beton összetételétől, szilárdságától, porozitásától. Az újrahasznosítás megtérülését leginkább a törésre fordított energia, valamint a továbbra is hulladékként kezelendő 0/4 frakció kihozatali aránya határozza meg, amely esetünkben a zsalukőnél volt a legmagasabb (~ 35 m/m%) és a gerendánál a legalacsonyabb (~ 20 m/m%). A fel nem használható 0/4 frakció mennyisége a deponálás és szállítás költsége miatt alapvetően befolyásolja a megtérülést, így az optimális előkészítési technológia kiválasztásához próbatörésre van szükség.

1-2. kép: Tört betonnal (b-j: pályabeton, térkő) készült betonok mikroszkópi felvételei

Figyelemmel kell lenni arra is, hogy az olyan heterogén összetételű betonoknál, mint a bazalt adalékanyagos pályabeton, a 4 mm feletti tört frakcióban természetesen sokkal nagyobb arányban lesz jelen a 11/22 frakciójú bazalt, mint az eredeti betonadalékanyagban, valamint hogy a különböző törési technológiák eltérő szemalakot eredményeznek, amely mind a frissbeton (pl. terülés, pumpálhatóság), mind a szilárd beton tulajdonságait befolyásolja.

A tört beton frakciókon szemcsetestsűrűség, vízfelvétel, koptatási (Mikro-Deval) és aprózódási (Los Angeles) ellenállás, valamint az MSZ EN 1367-1:2007 szabvány szerinti fagyállóság-vizsgálatot végeztünk. Az eredményeket nyolc magyarországi kavicsbánya vizsgálati eredményeinek átlagával hasonlítottuk össze (1-4. ábra).

3 kép: Tört betonnal (zsaluzóelem) készült betonok mikroszkópi felvételei

Vizsgálati eredményeink szerint a várakozásnak megfelelően a betontöretnek sokkal nagyobb a vízfelvétele, mint a kavicsnak, amely döntő többségében kis porozitású lekoptatott kvarcszemcsékből és magmás kőzetek töredékéből áll. Ez természetesen a szemcsék testsűrűségi értékeiben is tükröződik. A jelentős vízfelvételi különbség miatt a tervezett konzisztencia eléréséhez nagyobb v/c tényező vagy nagyobb mennyiségű képlékenyítő adalékszer használata válhat szükségessé. Csökkentheti a cementpépből történő vízelvonást, ha a tört betont felhasználás előtt nedvesítjük, viszont ezt üzemi körülmények között egyenletes mértékben megvalósítani nagy odafigyelést és további anyagi ráfordítást igényel.

5. ábra - Azonos terülési osztály eléréséhez szükséges folyósítószerigény

A betonminták szövetszerkezetét optikai mikroszkóppal megvizsgálva is látható (1-3. kép), hogy a kavicshoz képest a tört beton szemcséi fajlagosan nagyobb felületen érintkeznek a cementpéppel. Ezt a péptartalom számításánál figyelembe kell venni. A tömörebb, szilárdabb betonstruktúra kialakulását az is elősegíti, hogy a betonhulladék a törés során a repedések és gyenge kötések mentén esik szét. Szemcséken belüli repedések esetünkben sem voltak jellemzők.

A fentiekből következően a törtbetonszemcsék kopásállósága jelentősen roszszabb, mint a keményebb kvarckavicsé, így burkolatok kopórétegéhez nem alkalmasak. Az aprózódási ellenállásuk is kedvezőtlenebb, amely miatt nagy szilárdságú betonhoz sem javasoltak. A betontípusok közül a pályabeton kedvezőbb mechanikai ellenállása annak bazalttartalmára vezethető vissza.

Fagyállóság terén egyedül az egyébként sem fagyállóra tervezett zsaluzóelem mutatott kiugróan rossz értéket, amely kizárja, hogy bármely fagyállósági környezeti osztályú beton készítéséhez használjuk. Ez is felhívja a figyelmet arra, hogy a felhasználás előtt ismernünk kell a betonhulladék alkotóinak típusát és azok korlátait.

A kísérleti betonok keverése során az F2 terülési osztályt tartottuk, ehhez állítottuk be a folyósítószer adagolását. A terülésmérések alapján megállapított többletadagolási igény jól követte a vízfelvételek különbségét, vagyis a legtöbb folyósítót az 50%-ban tört pályabetont tartalmazó betonkeverék igényelte (5. ábra). Az adalékszerek adagolási arányát és azok hatásosságát (pl. légbuborékképző) mindenképpen próbakeveréssel szükséges megállapítani. A többletadagolást természetesen a költségszámításnál is figyelembe kell venni.

6-7. ábra - Friss- és megszilárdult beton vizsgálati eredmények

A megszilárdult betonmintákon nyomószilárdság- és fagyhámlás-vizsgálatot végeztünk (6-7. ábra). A bazalttartalmú tört betonnal készült próbatestek esetében közel 30%- os szilárdságnövekedést tapasztaltunk, de a többi tört betonnal készült beton is jobb értékeket mutatott, mint a csak nagyobb szemcseszilárdságú kavicsot tartalmazó beton. Ez is rámutat a cementpéphez kötő felület arányának fontosságára. A fagyállóság vizsgálatára az MSZ CEN/TS 12390-9:2007 szabvány szerinti felületvizsgálat (fagyhámlás) módszert alkalmaztuk. Mivel a betonkeverékek készítéséhez nem használtunk légbuborékképző adalékszert, ezért várható volt, hogy egyik keverék sem felel meg a fagyállósági követelményeknek, de a tendenciák láthatók. A zsaluzóelem (amely egyébként sem volt fagyállóságra tervezve) törete csak kis mértékben, míg a fagyállóra tervezett pályabeton- és térkőtöret már jelentősen javította a fagyállóságot.

Összefoglalva megállapítható, hogy a műszaki irányelvekben lefektetetett kőzetfizikai jellemzőkön túl célszerű további alapanyag-vizsgálatokat is végezni a betonhulladékok felhasználása során. Ezek közül a legfontosabb a vízfelvétel, és bizonyos esetekben (pl. pumpálás) a szemalak. Ezek a jellemzők alapvetően befolyásolják a friss- és megszilárdult beton tulajdonságait, melyek ismeretében olyan betonreceptet is tervezhetünk, amely a tört betont nem tartalmazó keveréknél is kedvezőbb tulajdonságokkal rendelkezhet. A törtbeton-adalékanyagot gyártók számára pedig a megfelelő szemszerkezet és szemalak előállításához szükséges törőgéptípus ajánlás és energiaigény kalkuláció nyújthat segítséget. Mindezek együttesen szükségesek ahhoz, hogy a tört beton a hazai építőiparban is egy értékes termékké váljon, ahelyett, hogy hulladékként végezné.

Irodalom:
BV-MI 01:2005 (H): Betonkészítés bontási, építési és építőanyag-gyártási hulladék újrahasznosításával – Beton- és vasbeton műszaki irányelv, fib (Nemzetközi Betonszövetség), p. 120
UEPG (2020): Annual Review (2019-2020) – European Aggregates Association, p. 17

(fotók: CEMKUT Kft.)