Рециклирани материали за пътно строителство

В стремежа си за намаляване на себестойността на използваните материали и редуциране на въглеродния си отпечатък все повече строителни фирми се насочват към използването на рециклирани суровини. Този подход отговаря на разбирането „с един куршум – два заека“, че даже три. Намалява себестойността на изграждането, свиват се въглеродните емисии, а в същото време отпадъците от човешката дейност не отиват на депото, а се превръщат в нещо полезно.

В този материал на списание Инфрабилд се спираме на използването на рециклирани материали в инфраструктурното строителство, свързано с изграждането на пътища, мостове, тунели, настилки за градска среда и други. Разглеждат се различни иновативни възможности за тяхното влагане в бетонни и битумни материали.

Текст: списание Инфрабилд

Настилките са онази част от строителството, за които има най-много предложения за използване на рециклирани материали. Добавянето на различни вторични суровини нерядко води до повишаване на якостта, износоустойчивостта, издръжливостта. Бърз преглед на иновациите в тази област дава представа какво да очакваме в обозримо бъдеще.

Бетонът

Бетонът е един от най-масово използваните материали в строителството на сгради и пътища. Ала тъй като циментът – основната съставка в бетона – има огромен въглероден отпечатък, производителите на строителни материали постоянно търсят начини да намалят вредата от употребата му. Циментът се сочи като източник на около 7-8% от световните емисии на въглероден диоксид (CO₂), по данни на мозъчния тръст Chatham House. Ако производството на това вещество можеше да се сравни с държава, то тя би била третият по големина генератор на парникови емисии в света след Китай и САЩ. В търсене на алтернативи изследователи и предприемачи от цял свят разработват  по-екологични решения за създаването на здрав бетон с участието на рециклирани материали. Оказва се, че понякога те могат да имат съществени предимства откъм здравина, издръжливост и дълготрайност.

Рециклиран бетон

Рециклирането на бетон и традиционни строителни материали като желязо, тухли и керемиди набира скорост в Европа. Принос за това има, до голяма степен, развитието на европейското законодателство относно отпадъците. Регулациите са причината, поради която в страни като Германия и Швейцария никнат нови заводи за рециклирани строителни материали. Традиционно в подобно съоръжение се оползовторява всичко от старите, разрушени сгради. Бетонът се смила на късове. От него се изважда наличното желязо (от арматурата), което се изпраща за претопяване. Самите бетонни късове се смилат поетапно за създаването на късове с различна фракция, подобни на чакъл. В този вид те могат да се вложат в новите бетонни смеси: до 10% от новия бетон може да съдържа „пълнеж“ от стар такъв. Тухлите и керемидите също се раздробяват. Със своя характерно червеникав цвят и фино раздробени, те се използва за посипка за градински пътеки, както и за изграждане на зелени покриви. Късове от тухли и керемиди могат да се вложат и в нов бетон – след стягането стени остават изпъстрени с дребни червени шарки, което създава интересен визуален ефект. Той е все по-търсен от любителите на индустриален интериорен дизайн.

Сенобетон

През 2014 година американска фирма патентова техника за вграждане на слама, коноп и други естествени влакна в модули от еко-бетон. Така нареченият сено-бетон е строителна алтернатива, при която се използва ликото от растителни стебла в смес, годна за строене – нетоксична, въглеродно неутрална,
енергийно ефективна.

Полипропилен в бетон

Още през 2015 година изследователи от университета Джеймс Кук в Австралия разра ботиха вид бетон, подсилен с… пластмасови отпадъци! Техниката използва полипропилен. Тестовете за здравина и дълготрайност показаха, че крайният продукт може да се използва за изграждане на тротоари и сгло бяеми елементи като отводнителни шахти и бетонни траверси. Това не беше достатъчно на австралий ските учени и те се заеха да установят как биха могли да приложат своите констата ции в по-широк мащаб.

Една от посоките на работата им е да направятбетона по-устой чив и по други начини, подменяйки например естествения пясък със 100%прах оттрошачки, който е вторичен продукт от каменните кариери, както и подменяйки цимента с до 30% отпадъци от минното дело.Малко по-късно в САЩ също започна рецик лирането на полипропилен за повторно използ ване за различни строителни приложения. Това бе дело на частна фирма, която патентова процес на рециклира не, което отделя цве товете, миризмите и други “замърсители” от отпадъчните пластма си. Така крайният резул тат е „чиста суровина“ за влагане в бетонните смеси.

Бетон с влакнини

През 2018 година група изследователи от бри танския университет в Ланкастър обявиха, че са използвали блендер за домашна храна, за да сме сят частици отморков с бетон, за да проверят дали може да се произве де по-здрав и по-еколо гичен продукт. Изводът им е, че добавянето на влакнини откореноплод ния зеленчук може да уве личи якостта на бетона с 80%, използвайки малко количество пулпа. Включването на мор ковен материал предо твратява пукнатините в бетона, каза екипът. Това означава и, че се изисква по-малко цимент, което намалява общото количество въглероден диоксид (СО₂).

Как им е хрумнало?! Обяснението за иновация та се крие във факта, че, макар да е воднист зеленчук, морковът „остава твърд и хрупкав поради наличието на целулоза“. Влакнините в него имат добри якостни характеристики. Целулоза има и в дървесината, но за смес ването с бетон е по-лесно да се извлича от зеленчуците. Морковената пулпа може да се осигурява като страничен продукт от храни телно-вкусовата промишленост, например от производството на сокове и бебешки храни.

Гуми и строителни отпадъци в бетона

През 2020 година учени от австралийския университетRMIT използваха изхвърлени гуми и строителни отломки, за да произведат бетон, който изглежда изключително под ходящ за използване по пътищата. Използ ването на бракуван материал е само част от предимствата. Добавянето на късове от стари автомобилни гуми към бетона може да направи материала по-здрав и по-устойчив на топлина, казват учените. Комбинираниятматериал създава бетон с 35% по-здрав от традиционния.

За направата на сместа инженерите от RMIT са използвали стари гуми и строител ни отпадъци, раздробени до получаването на фин инертен материал. Ключът към про бива е в „персонализираната форма“, която се използва за компресиране на съставките, заедно с цимент и вода. Гумо-бетонът може да се използва за сглобяеми бетонни елементи като блокове, крайпътни прегради, стенни панели и плочи. Казват, че простотата на техниката обещава всички тези приложения да са възможни и лесно изпълними. 

Бетон с дърво 

В Япония през 2020 година изследователи от Института за индустриални науки при Университета в Токио разработиха нова про цедура за рециклиране на бетон с добавяне то на отпадъчна дървесина. Твърди се, че правилната пропорция между материалите може да доведе до създаването на нов стро ителен материал със здравина, по-висока от тази на обичайния бетон.

Намирането на точната пропорция се оказало от решаващо значение за получава- нето на бетон с най-голяма здравина. В сместа дървесината получава своята твърдост от лигнина. Той, според учените, запълва праз нините в бетона и функционира като „лепи ло“, когато се смесва с отпадъчния бетонов прах и се нагрява. Якостта е подобрена и от по-високите температури и налягания по време на пресоване. Една от констатациите за качествата на новополучения материал е, че показва по-до бра якост на огъване оттази на обикновения бетон. Предполага се, че в края на живота си този комбиниран материал ще се окаже и биоразградим.

Блокове от рециклирана пластмаса

През 2022 година на бял свят се появиха строителни блокове, направени изцяло от рециклирана пластмаса. Този „бетон“ всъщ ност няма нищо общо с цимент, защото се състои изцяло от полимери. Блоковете са многоцветни и изработени от преработена пластмаса, която не подлежи на стандарт ната форма на рециклиране. Въпросните пластмасови бетонни блокове са проектирани да се монтират без свързва що вещество, като „Лего“. Технологията е изцяло безотпадъчна: 1 тон пластмаса прави 1 тон блокчета.
Със своя голям обем блокове могат да се прилагат за изграждане на подпорни стени, шумоизолиращи прегради, навеси, тераси.

Положени вместо циментови блокове в основата на сграда или вътрешните стени, модулите от пресована пластмаса може да са неразличими от бетонните блокове. Шареният им вид може да се разглежда като предимство. Дизайнерите тук виждат начини да създадат нови визуални ефекти. Технологията бе тествана в американския град Бойс в Айда хо. Като най-хубаво в начинанието се сочи, че технологията работи без нужда пластмасата да се сортира, почиства или обработва предварително. Това означава по-лесно рециклиране.
Не се прилагат лепила или други химикали. Пластмасата не се стопява, така че процесът е и енергоефективен.

И... маски за лице

Отново през 2022 година, към края на пандемията, се поя ви и разработка на бетон с участието на един от най-често срещаните отпадъци в ново време – еднократните маски за лице. Последните изследвания показват, че маските могат да укрепят бетона, когато се добавят към него. Откритието следва по-рано доказаната информация, че бетонът се заякчава, ако в него се вложат подсилващи влакна преди изливането. Така учените от Вашингтонския универси тет експериментираха с вграждане на полиестерната тъкан от изхвърлените маски за лице в строителния материал. „Армиран“ с влакна от маски цимент е тестван месец след втвърдяване то, при което учените са установили, че той показва 47 про цента по-голяма якост на опън и издръжливост на разцепване в сравнение с обикновения бетон с портландски цимент. Трябва да се отбележи, че добавянето на влакна наистина води до леко намаляване на якостта при натиск, но това отслабване се изчислява на около 3 процента.

Графенови добавки

В някои случаи добавянето на строителни отпадъци в бето новите смеси върви в комплект с вграждането на шумно рекла мирания „суперматериал“ - графен. Няколко проучвания в послед ните години потвърдиха, че добавката подобрява свойствата на строителния материал. Така например през 2018 година учени от Центъра по графе нови изследвания при Университета на Ексетър разработиха техника за вграждане на графен в производството на бетон, при което полученият материал е не само два пъти по-здрав от този, който имаме днес, но и „драстично намалява въгле родния отпечатък на традиционните методи за производство на бетон“.

Подобен опит беше доказан и през 2021 година от изследователи от Северозападния университет в САЩ. Съвсем закономерно вграждането на графен бе експерименти рано и в опитите за създаване на бетон с участието на рецикли рани материали. Пример за такава комбинация е разработката с участие маски за лице. Влакнините от тях са третирани с графенов оксид, преди да бъдат вложени в строителната смес.

Битум от пластмаса

Пластмасата се разгражда бавно, пластмасовите боклуци са много, а поддържането на пътищата е скъпо. Комбинацията от тези фактори е довела не един и два изследвателски екипа до идеята да превърнат дефекта в ефект и да уцелят „с един куршум два заека“. Борейки и двата проблема, през 2019 година градската управа на Лос Анджелис и местна фирма за пътно строителство започнаха да изпробват вла гането на рециклирана пластмаса в пътните настилки в града. Първо пластмасовите отпадъци биват раздробени на пелети. После пелетите се претопяват до течен материал, подобен на битум. Битумът е свързващото вещество в асфалта. Новият пластмасов битум бива смесен с другите материали, за да се създаде нов вид „пластмасов асфалт“.

Предимствата са няколко. Това е по-ев тина алтернатива в сравнение с битума и съответно традиционния асфалт. Тъй като настилката с участие на пластмаса намалява количеството на петролните продукти в асфалта, пътищата изискват по-малко време за построяване. Това ги прави по-изгодни от финансова гледна точка.  Намаляването на въглеродните емисии също е налице, защо то преработената пластмаса произвежда по-малко емисии. За пластмасови пътища се твърди, че са по-издръжливи, иматпо-дълъг животи са седем пъти по-здрави отобикновения асфалт, което води до по-малка нужда от ремонти.

Плочки от отпадъци

През 2017 година мобилна станция за рецик лиране започна преобразуването на боклуците на Лондон в полезни строителни елементи. „Trashpresso“ е машина за рециклиране, която пресова и превръща изхвърлените пластмасови бутилки в тротоарни плочки. Машината е дело на мебелно-дизайнерска компания, коя то се ангажира да използва само отпадъци в своите продукти. „Trashpresso“ направи своя глобален дебютна изложението Design Frontiers по време на Лон донския дизайнерски фестивал през 2019 годи на. От подадени PET бутилки от напитки тя изработваше твърди шестоъгълни плочки, които служат за паваж, директно пред очи те на посетителите.

Машината “Thrashpresso“ стана звезда на научно-популярния ТВ канал National Geographic в кратък филм с участието на Джеки Чан, който я отведе чак до Тибет. Системата е проектирана да бъде мобилно и функционално решение дори на изолирани места, където традиционните рециклиращи инсталации не са възможни. Върху своята платформа, натова рена на камион, маши ната е оборудвана със соларни панели, които се разгъват и генери рат ток, за да рабо ти рециклиращият механизъм. Освен за настилка, плочките могатда се използват за декора ция и облицовка на вертикални елемен ти във всеки градеж.

Соларни плочки от рециклирана пластмаса

Докато в Лондон и в Тибет дефилираше мобилната станция за тротоарни плочки от пластмасови шишета, подобен опит започна и млада унгарска фирма, която обаче отиде по-далеч и съчета рециклираната пластмаса със соларни клетки. Инсталации на технологията вече има в Унгария, Швеция и Казахстан. Системата е модулна и прави плочи за тротоарни настилки от рециклирана пластмаса. В тях се вграждат и соларни клетки, които осигуряват електричество за дребни приложения на късо разстояние.

Първото приложение на технологията, в Будапеща, в парка Варошаза, захранва с фотоволтаичен ток близкостояща дървена пейка, така че посетителите могат да поседнат и да заредят телефоните или таблетите си с чиста енергия. В столицата на Казахстан Астана системата се намира пред мола в новия “Зелен квартал”. В близост до входа имаоколо 80кв.м. тротоар, покрит с плочите от рециклирана пластмаса, с вградени фотоволтаични клетки. Общата пикова мощност е 11,7 киловата. Токът ще се използва от мола.
Същата технология бе приложена и за монтиране на соларни плочки с площ около 8кв.м. върху понтони при шведска фабрика.

Утайка от кафе

В строителен материал за настилки може да се превърне и друг често срещан отпадък на нашето ежедневие – утайката от кафе. Глобалната кафеена индустрия произвежда милиони тонове утайка всяка година. Пове чето отива на сметището. Това не е лошо, защото утайката все пак е органичен мате риал, но учени от Техническия университет Суинбърн в Мелбърн в Австралия намериха начин да го оползотворяват по-добре. След изсушаване на 50 градуса утайката се смесва в съотношение 7:3 с друг отпадъчен продукт – шлака от стоманопроизводството. Доба вя се алкален разтвор, за да свърже всичко в „сплав“. Получената смес се пресова на блоко ве. В изследванията на учените тези блокове се оказали достатъчно яки за използване в долния слой на пътищата – този, който стои под повърхността и осигурява основите на шосетата. Колко пък да е полезна такава смес? По изчис ления на учените, смля ното кафе от кафенета на Мелбърн може да се използва за изграждане на 5 километра шосеен път годишно.

Траверси от рециклирани материали

Освен австралийски те учени, които вло жиха полипропилен за направата на бетон за траверси, има и други, които експерименти рат с пластмаса във вла ковите трасета. Още в далечната 2011 годи на американска фирма започна опити с мон тирането на ЖП тра верси, изработени от рециклирана пластмаса като алтернатива на традиционнитедървени и по-модерните бетонни траверси. За цел та бе направен структурен композит от рециклиран материал (RSC) - специален тип рециклирана пластмаса, разработен в сътруд ничество с Университета „Рютгерс“. RSC се прави от 100% рециклирана потребителска пластмаса – такава от шишета от мляко и бутилки препарат за пране, както и про мишлени пластмасови отпадъци. Полимерниятматериал се отличава с висо ка якост. Освен това подобни пластмасови траверси са годни за рециклиране отново и отново.

Еко-бетонът – задължителна перспектива

Описаните иновации със сигурност са само част от примерите за разработките по цял свят, търсещи как да използваме човешките отпадъци в изграждането на структурите, които използваме в ежедневието. В обозримо бъдеще някои от практиките могат да се превърнат в норма. Така например използва нето на еко-бетон в строителството вече е задължително в Нидерландия, Швеция, Герма ния, Франция, Великобритания и някои части от САЩ. Тенденцията само ще се ускорява