Бетонний щебінь

Бетонний щебінь – це будівельний матеріал з подрібнених демонтованих бетонних конструкцій, залишків зруйнованих споруд або відходів бетонного виробництва. Його також називають вторинним заповнювачем.

Він складається з уламків бетону різного розміру, що можуть містити вкраплення арматури, природного каменю або цегли. Залежно від потреб, матеріал подрібнюється на різні фракції – від дрібного піску до великих кам’яних шматків розміром 5–70 мм. Його міцність визначається якістю вихідного бетону та способом його подрібнення: механічна обробка може впливати як на форму частинок, так і на їхню структуру. Зовнішньо бетонний щебінь зазвичай має сірий колір, однак можливі варіації відтінків, зумовлені типом цементу або наявністю домішок у початковому матеріалі.

У ХХ столітті бетонний щебінь почав набувати більш системного значення після Другої світової війни, коли внаслідок масових руйнувань у містах Європи виникла потреба швидко й економно відбудовувати інфраструктуру. В Німеччині, зокрема в Берліні, мільйони тонн зруйнованих конструкцій перетворювали на будівельний матеріал — цей процес отримав назву «Trümmerverwertung», з нім. – переробка руїн.

Використання щебеневої залізниці в Дрездені, близько 1946/1947 років

Наприкінці XX століття бетонний щебінь почали розглядати не просто як аварійне рішення, а як частину сталої будівельної практики. З’явилися перші стандарти на вторинні заповнювачі, технології сортування та очищення матеріалу від металевих і хімічних домішок.

Фото: EPFL

Сьогодні бетонний щебінь використовується в усьому світі як дешевий та екологічно виправданий будівельний ресурс. 

В Україні бетонний щебінь став одним з ключових ресурсів у процесі відбудови після масштабних руйнувань, спричинених повномасштабним вторгенням. Його зазвичай використовують як заповнювач у виробництві нового бетону, основу для дорожніх покриттів, підсипку під фундаменти та інженерні споруди, а також для благоустрою територій і створення тимчасових під’їзних шляхів. 

Так британсько-український проєкт S3 (Safe, Sustainable, and Swift Reconstruction of Ukraine) пропонує інноваційний підхід до сталого відновлення України після воєнних руйнувань. Ініціатива об’єднує університети Великої Британії – Шеффілдський, Оксфордський, Імперський коледж Лондона – українські наукові установи, технологічні компанії та громадські організації. Серед котрих – ReThink, організація, що зосереджується на впровадженні знань та інноваційних світових рішень у процес кругової відбудови України, підтримуючи та заохочуючи українські міста, спільноти та бізнес до повторного використання. 

S3 реалізується як пілотний проєкт, метою якого є розробка та впровадження мобільних виробничих ліній для переробки бетонних уламків безпосередньо на місці зруйнованих будівель. Спеціальне обладнання дозволяє швидко визначати придатність відходів до вторинного використання, зокрема виявляти небезпечний азбест та відокремлювати компоненти бетону для подальшої переробки. У межах пілоту до України буде доставлено це обладнання, проведено його тестування в реальних умовах, отримано новий бетон зі старого та підготовлено детальний опис процесу й ефективності технології. Ця ініціатива спрямована на перевірку рішень перед їх можливим масштабуванням.

Фото: Сергій Бобок

П’ятиетапна модель S3 включає: 
- оцінку якості вторинного бетону, 
- мобільну сепарацію на місці, 
- оптимізацію переробки, 
- оцінку життєвого циклу нових матеріалів 
- інформаційні кампанії щодо екологічних переваг повторного використання. 

Технологічне лідерство здійснює Університет Шеффілда, тоді як Оксфордський університет займається моделюванням процесів розділення, а Імперський коледж – екологічним аудитом. Обладнання для термомеханічної обробки постачає нідерландська компанія C2CA Technology, а логістикою та дробленням займається Eco+Logic. 

В Україні у проєкті беруть участь Львівська політехніка та Національний університет водного господарства та природокористування, які аналізують характеристики відходів та розробляють нові цементні суміші. За оцінками, близько 52% будівельного сміття в Україні складається з бетону та залізобетону, і мобільні лінії S3 можуть стати вирішальним інструментом для їх екологічно безпечної утилізації та повторного залучення у відбудову. Ознайомитись з проєктом можна на сайті. 

Малюнок: S3

Ще один цікавий проєкт «Циркулярне будівництво на практиці» впроваджує громадська організація Zero Waste Kharkiv. Він спрямований на дослідження та реалізацію можливостей повторного використання будівельних матеріалів після руйнувань, спричинених війною. У межах ініціативи було проведено демонтаж двох зруйнованих будинків у Харкові, в результаті чого відсортовано й збережено майже 20 000 цеглин для повторного використання. 

Крім того, учасники побудували експериментальні стіни, у конструкції яких були використані дрібні фракції будівельних відходів, зокрема бетонного щебеню. Конструкції виявились придатними для структурування або заповнювання. Проєкт також досліджує можливості локального сортування, мінімізації транспортування та створення прецедентів для впровадження кругової економіки в будівництві. 

Кладка демоверсії стіни з відходів руйнувань. Фото з архіву ГО Zero Waste Kharkiv

Проєкт Zero Waste Kharkiv разом з британськими університетами розробляє мобільні технології для переробки бетонних уламків безпосередньо на місцях руйнувань. Як і проєкт S3, ініціатива прагне інтегрувати принципи екологічної відповідальності та ресурсної ефективності в процес відбудови України.

Процес подрібнення будівельного сміття

Бетонний щебінь можна класифікувати за кількома критеріями, залежно від джерела, способу обробки та розміру фракцій. 

За розміром: 

• Дрібна фракція (0-5 мм): бетонний пісок, використовується як заповнювач у розчинах або для планування територій.

• Середня фракція (5-20 мм): придатна для виготовлення бетонних сумішей, заливки фундаментів, підсипки.

• Велика фракція (20-70 мм): застосовується для засипки котлованів, дренажних систем, укріплення доріг або укосів.

• Нестандартні фракції (>70 мм): великі уламки, які можуть бути використані в габіонних конструкціях або додатково подрібнюватися.

Фото: Pavlů, T., Fořtová, K., Řepka, J., Mariaková, D., & Pazderka, J. (2020). Improvement of the durability of recycled masonry aggregate concrete. Materials, 13(23), 5486.

За походженням:

Монолітний бетон: утворений внаслідок демонтажу монолітних споруд, має високу щільність і міцність.

Залізобетон: містить залишки арматури, потребує попереднього сортування та видалення металу.

За якістю матеріалу:

Первинний перероблений щебінь: отриманий з однорідних бетонних конструкцій без домішок, має стабільні характеристики.

Вторинний змішаний щебінь: включає залишки різних матеріалів (цегла, камінь, штукатурка), має нижчу якість та використовується у менш відповідальних конструкціях.

За ступенем очищення:

• Неочищений: містить залишки оздоблювальних матеріалів, пилу, металу  – застосовується як технічна підсипка.

• Очищений (сортований): відокремлений від домішок, з більш однорідною фракцією – використовується у бетонних розчинах і будівництві.

Варто розуміти, що перероблений бетон низької якості може містити залишки старого розчину, штукатурки чи забруднень, що послаблюють заповнювач і знижують міцність нового матеріалу. Це серйозна загроза для конструкцій, особливо критичних – таких як мости, фундаменти чи будівлі – де ризик тріщин, просідання або навіть передчасного руйнування суттєво зростає.

Перед повторним використанням бетонних елементів у вигляді плит або бруківки необхідно пройти низку етапів: попереднє обстеження, демонтаж, обробку та підготовку до монтажу.

Спочатку оцінюєтьсяа доцільність та економічна вигода повторного використання: аналізуються технічні параметри елементів, їх стан і можливість обробки. На цьому етапі важливо залучити фахівців із демонтажу чи різання бетону, а також орієнтуватися на досвід подібних об'єктів. Сам демонтаж вимагає особливої точності, щоб уникнути пошкоджень і зберегти цілісність вилучених частин. Часто використовуються важкі механізми для різання, підйому та транспортування, тому ці роботи мають бути чітко скоординовані з основними демонтажними процесами та узгоджені з фахівцями з техніки безпеки.

Після вилучення елементів вони перетворюються на плити або бруківку. Це може включати калібрування, обробку країв, різання або залишення матеріалу у первісній формі для укладання за принципом opus incertum – використання каменів неправильної форми. Для отримання більш точних геометричних форм застосовуються рейкові або мостові пили. Монтаж таких виробів потребує досвіду, оскільки укладальник повинен адаптувати кожен фрагмент вручну, особливо при роботі з елементами неправильної форми. У результаті отримується унікальне покриття з мінімальною трансформацією матеріалу та максимальним збереженням ресурсу.

Opus incertum у кімнатах за межами арени амфітеатру з видимими блоками вапняку на кутах стін. Фото: Nikolić, E. (2012). Contribution to the study of Roman architecture in Viminacium: Construction materials and building techniques. Arheologija I Prirodne Nauke, 8, 21–48.

Одним із цікавих прикладів повторного використання бетонних уламків є створення габіонних конструкцій. Цедекоративні стінки, заповнені уламками бетону, що виконують як естетичну, так і практичну функцію. На ранчо в Актоні, Каліфорнія, ентузіасти пермакультурного підходу до простору зібрали уламки бетону зі старих будівельних майданчиків і використали їх для формування лавки у вигляді габіонної стіни. 

Фото: The Foundation Works

Ще одним популярним способом утилізації уламків бетону є облаштування доріжок і сходів. Завдяки своїй формі та масі фрагменти бетону можна компонувати як елементи великого пазлу, формуючи своєрідну плитку з необробленим краєм. На прикладі того ж ранчо в Актоні частина уламків була використана для прокладання садових сходинок.

Бетон, використаний як бордюр для гравійної доріжки

Бетонні уламки також ефективно використовуються як бордюр для доріжок або піднятих грядок. У поєднанні з гравієм вони утворюють чітке розмежування між функціональними зонами ділянки. Це допомагає утримувати сипкі матеріали і зменшувати ерозію ґрунту. У майбутньому дрібні фракції бетону можуть бути додатково подрібнені та використані як вторинний заповнювач, наприклад, для виготовлення власного гравію.

Плити та бруківка укладаються згідно з чинними нормами (ДБН В.2.3-5:2018, ДСТУ Б В.2.7-145:2008 та ДСТУ-Н Б В.2.6-212:2016).

Рекомендації щодо монтажу:

• Партії повинні бути однорідними за складом і розмірами.

• Оптимальні габарити – 20-40 см, вага < 25 кг. Великі елементи потребують спецобладнання.

• Перевага – сухий монтаж: спрощує технічне обслуговування, зберігає проникність ґрунту, дає можливість повторного використання.

Технічні параметри:

• Різниця в товщині елементів < 3 мм.

• Шви – 2-4 мм, більші потребують окремих розрахунків.

• Колір – залежить від початкового бетону, допускаються варіації.

• Невеликі сліди зносу припустимі, але елементи з тріщинами, сколами чи викривленнями – непридатні.

Обмеження та заходи безпеки

Перед початком робіт слід перевірити:

• Азбест – у бетоні або покриттях. У разі підозри – діагностика.

• Хімічний вплив – якщо бетон піддавався дії агресивних середовищ (XA1-XA3 згідно з ДСТУ Б В.2.7-214:2009).

• Залишки штукатурки – можуть викликати утворення небажаних мінералів (наприклад, етрингіту) при зволоженні.

Загальні втрати матеріалу при демонтажі та різанні мають бути враховані при плануванні обсягів.

Проєкт Політехнічної школи Лозанни (EPFL) пропонує інноваційний підхід до повторного використання бетонного будівельного сміття. Замість енерговитратного подрібнення ще придатних до використання бетонних конструкцій, дослідники повторно застосовують великі уламки бетону у їх природній, нерегулярній формі для зведення нових стін. Завдяки цифровим інструментам і мінімальній обробці, ця практика зменшує викиди CO₂, скорочує потребу в нових матеріалах і відкриває нові можливості для кругового будівництва.

Фото: EPFL

Один із прикладів практики EPFL – експериментальна стіна з уламків бетону, зведена в межах проєкту Re:Crete. Дослідники зібрали великі бетонні фрагменти з місця демонтажу, відсканували їх 3D-обладнанням, а потім за допомогою алгоритмів визначили оптимальне розташування кожного елементу в конструкції. Монтаж здійснювався без додаткового подрібнення або формування блоків, що дозволило значно скоротити обсяг обробки та витрати ресурсів. Цей підхід не лише демонструє потенціал повторного використання, а й створює унікальну архітектоніку з кожної конструкції.

Малюнок: EPFL

Nikolić, E. (2012). Contribution to the study of Roman architecture in Viminacium: Construction materials and building techniques. Arheologija I Prirodne Nauke, 8, 21–48.

Pavlů, T., Fořtová, K., Řepka, J., Mariaková, D., & Pazderka, J. (2020). Improvement of the durability of recycled masonry aggregate concrete. Materials, 13(23), 5486.