Izstrādājumu dzīves cikls

Jebkuras praksē izmantojamas lietas izgatavošana (ražošana) sākas ar ieceri (projektu) un tās tālāku realizēšanu. Tā ietver lietas formas (uzbūves, konstrukcijas) izveidi, materiāla (vai vairāku materiālu) izvēli, no kura lieta būtu izgatavojama, lietas izgatavošanas metodes (paņēmiena, tehnoloģijas) izstrādi, lietas kvalitātes rādītāju un to noteikšanas metožu klāsta definēšanu un šo rādītāju noteikšanu u.c. Tas viss un vēl daudz kas cits ietilpst to darbību lokā, ko var saukt par lietas dizainu.

Tam seko lietas ražošana. Lietas ražošanai tikai tad ir jēga, ja tā tiek izmantota, lietota. Lietošanas procesā visdažādāko ārējo faktoru ietekmē lietā var notikt neatgriezeniskas struktūras izmaiņas, kuru rezultātā lietas kvalitātes rādītāji pasliktinās. Mēs sakām, ka lieta noveco. Agri vai vēlu pienāk brīdis, kad lieta pēc lietotāja atzinuma vairs neatbilst prasībām vai arī sabrūk. Lieta tiek izņemta no ierindas un nokļūst atkritumos. Lieta var nonākt atkritumos arī tāpēc, ka apritē nonākušās citas modernākas lietas un izstrādājumi.

Atkritumos nonākušas lietas tālākais ceļš var būt ļoti dažāds. To, kādā veidā atkritumi tiek apsaimniekoti, nosaka valsts un sabiedrības attieksme, kā arī to rīcībā esošie finansiālie un tehniskie līdzekļi. Katrā ziņā atkritumi tiek savākti, šķiroti un dažādā veidā apstrādāti. Visu šo darbību mērķis ir maksimāli pilnīgi atgūt atkritumos „ieslēgtos” materiālos un enerģētiskos resursus, vienlaicīgi atbrīvot no tiem vidi, tādējādi nodrošinot vides ekoloģisko drošumu. Viens no racionālākiem atsevišķu materiālu atkritumu izmantošanas veidiem ir reciklēšana – materiāla apstrāde ar nolūku iegūt no tā citus materiālus, tā atgriežot tos aktīvā materiālu apritē.

Betona atkritumu pārstrāde

Betons ir mums visapkārt. Tas ir otrs visvairāk patērētais materiāls pēc ūdens, un tas veido mūsu uzbūvēto vidi. Betons ir ļoti izturīgs un var kalpot simtiem gadu daudzos pielietojumos. Tomēr cilvēku vajadzības mainās, kā rezultātā rodas atkritumi – vairāk nekā 900 miljoni tonnu gadā Eiropā, ASV un Japānā vien, un nav zināms cik daudz citur. Betona atgūšana ir iespējama – betonu var sasmalcināt un atkārtoti izmantot jaunos projektos.

Dažās valstīs tiek sasniegta gandrīz pilnīga betona atgūšana. Tomēr daudzās pasaules daļās netiek realizēts betona atgūšanas potenciāls un tas nonāk atkritumu poligonos. Turklāt ir grūti iegūt statistikas datus par betona atkritumiem, kas daļēji izskaidrojams ar salīdzinoši zemo apdraudējumu, ko šie atkritumi rada salīdzinājumā ar dažiem citiem materiāliem, kā arī ar zemo sabiedrības interesi. Kaut arī betons ir samērā nekaitīgs atkritums, cementa industrija veicina iniciatīvas, lai atgūtu šo resursu un samazinātu atkritumu daudzumu.

Betona otrreizējai pārstrādei vai atgūšanai ir divas galvenās priekšrocības:

• Samazināta jaunu neapstrādātu pildvielu izmantošana un ar to saistītās vides, ekspluatācijas un transportēšanas izmaksas;
• Samazināts nevajadzīgu atkritumu poligonu skaits ar vērtīgiem materiāliem, ko var atgūt un izmantot citur.

Tomēr betona otrreizējai pārstrādei nav būtiskas ietekmes uz oglekļa emisijas samazināšanu (izņemot transporta radīto emisiju samazinājumu,  ko ir iespējams sasniegt). Galvenais oglekļa emisiju avots betonā ir cementa ražošana (cements tiek pievienots pildvielām, lai sagatavotu betona maisījumu). Cementa saturu no betona nevar pilnībā atdalīt un atkārtoti izmantot vai pārstrādāt jaunā cementā, līdz ar to, pārstrādājot betonu, nevar panākt oglekļa samazināšanu.

Visās betona iegūšanas iniciatīvās nepieciešama pilna dzīves cikla analīze. Bieži vien mērķis ir panākt pilnīgu pārstrādi, tomēr vienmēr jāņem vērā materiālu vispārējā ietekme un vislabākā izmantošana. Atgūšanas uzlabošana var radīt augstas kvalitātes produktu, bet uz vides apstrādes rēķina. Šobrīd visvairāk atgūto betonu izmanto ceļu pamatnei un inženiertehniskajos projektos. No ilgtspējības viedokļa, šie salīdzinoši zemās  kvalitātes produkti pašlaik nodrošina optimālu rezultātu.

Betons ir lielisks materiāls ilglaicīgu un energoefektīvu ēku veidošanai. Tomēr pat ar labu dizainu cilvēka vajadzības mainās un potenciālie atkritumi tiks radīti. Betonam piemīt diezgan unikālas īpašības un tā atjaunošana bieži vien ir starp standarta atkārtotas izmantošanas un pārstrādes definīcijām. Betons reti tiek “izmantots atkārtoti” tādā nozīmē, ka to atkārtoti izmantotu tā sākotnējā formā. To nevar arī reciklēt sākotnējos izejmateriālos.

Daudzās valstīs betona pārstrāde ir labi attīstīta rūpniecība un lielākā daļa betona var tikt sasmalcināta un atkārtoti izmantota, kā pildviela. Esošās otrreizējās pārstrādes tehnoloģijas ar mehānisku sasmalcināšanas opciju ir viegli pieejamas un samērā lētas. Tās ir iespējams īstenot gan attīstītajās, gan jaunattīstības valstīs. Ar tālākiem pētījumiem un attīstību, pārstrādāto pildvielu izmantošanas iespējas var tikt palielinātas. Tomēr pat ar esošajām tehnoloģijām ievērojams atgūšanas rādītāju pieaugums dažās valstīs var tikt sasniegts ar lielāku sabiedrības atbalstu otrreiz pārstrādātu pildvielu izmantošanai un nepareizas izpratnes vai nezināšanas samazināšanu par to izmantošanas iespējām.

Betona otrreizēja pārstrāde nav vienīgais pašmērķis. Ir nepieciešams betona otrreizējas pārstādes vispārējs ilgtspējīgas attīstības priekšrocību novērtējums. Ir lietderīgi aplūkot betona ietekmi uz vidi citu materiālu kontekstā. Betonam ir liela ietekme uz vidi, ņemot vērā tā izejmateriālus, proti, cementa ražošanas posmu. Pārvadāšana un piegāde visos ražošanas posmos ir otrs lielākais ietekmes avots. Tomēr tas ir ļoti izturīgs un var sniegt daudzas vides priekšrocības tā lietošanas posmā.

Daži galvenie ieguvumi no betona pārstrādes:

•           Atkritumu, atkritumu poligonu vai izgāztuvju un saistīto vietu samazināšana;

•           Tīro resursu aizvietošana un ar dabas resursiem saistīto vides izmaksu samazināšana;

•           Samazinātas transporta izmaksas. Betonu bieži var pārstrādāt nojaukšanas vai būvniecības vietās vai tuvu pilsētu teritorijām, kur tas tiks atkārtoti izmantots;

•           Samazinātas atkritumu izvešanas izmaksas, jo ir iespējams izvairīties no atkritumu poligonu nodokļiem un nodevām;

•           Labās sablīvēšanās un blīvuma īpašību dēļ laba veiktspēja vairākos pielietojumos (piemēram, kā ceļu pamatne);

•           Dažos gadījumos pārstrādes rūpniecībā rodas nodarbinātības iespējas, kuras citos sektoros pretējā gadījumā nebūtu.

Betona atkritumus var iedalīt divās kategorijās, ņemot vērā ekonomisko efektivitāti un reciklētas pildvielas mehāniskās īpašības. Viena kategorija ir pārstrādājami betona atkritumi, bet otra – atkritumi, kurus nav iespējams pārstrādāt. Daļa no betona atkritumiem, kuru īpašības ir sliktas vai kuros ir augsts piesārņojuma līmenis, un kuri var ietekmēt jaunā pārstrādātā betona ražošanas procesa īpašības, nedrīkst tikt atjaunots vai izmantoti citos veidos. Tas, vai betona atkritumus var pārstrādāt vai nē, galvenokārt ir atkarīgs no betona avota, vides apstākļiem tā ekspluatācijas laikā, dažādiem citiem apstākļiem, kam tas ir pakļauts, kā arī karbonizācijas līmeņiem.

Ieteicams neattīrīt betona atkritumus pie šādiem apstākļiem:

• Betona atkritumi no vieglā betona vai gāzbetona;
• Betona atkritumi no eroziju veicinošas vai piesārņotas vides, piemēram, ķīmiskās rūpniecības uzņēmumi, atomelektrostacijas, slimnīcu rentgena telpas utt;
• Betona atkritumi, kas parādījuši izturības trūkumus;
• Betona atkritumi, kas ir piesārņoti ar smagajiem metāliem vai organiskajām vielām;
• Betona atkritumi ar sārmainu reakciju iespējamību;
• Betona atkritumi, kas satur koksnes, dūņu, asfalta uc. daļiņas, ko grūti nošķirt.

Reciklētas pildvielas ražošana

Nojaukšana

Nojaukšana ir betona pārstrādes procedūru sākuma stadija. Ir pieejami vairāki tehniski risinājumi esošo betona detaļu nojaukšanai un tos var izmantot atkarībā no dažādiem faktoriem, piemēram, būvlaukuma un materiāla, kā arī nojaukšanas mērķa.

Var pieņemt pamata klasifikāciju:

•           Vispārēja nojaukšana;

•           Selektīva nojaukšana.

Faktiski vispārēja nojaukšana attiecas uz visu ēku, jo visas tās daļas tiek demontētas un nojauktas līdz gruvešiem. Šī procesa rezultātā radītie atkritumi ir neviendabīgi un sastāv no vairākiem materiāliem. Savukārt, selektīvā nojaukšana ļauj labāk atdalīt materiālus iespējamai atkārtotai izmantošanai un otrreizējai pārstrādei.

No praktiskā viedokļa nojaukšana, vispārēja vai selektīva, var tikt veikta, pieņemot un/vai apvienojot vairākas metodes:

•           Metode no augšas uz leju, manuāla vai mehāniska;

•           Ekskavators vai demolēšanas bumba;

•           Spridzināšana. Lietojot šo metodi, ēka sabrūk pati pēc detonācijas;

• Materiālu atdalīšana. Šis process ir paredzēts, lai atdalītu neviendabīgos akmeņus, kas radušies nojaukšanas procesa rezultātā, ar mērķi izvēlēties materiālus, kurus iespējams pārstrādāt un/vai izmantot atkārtoti.

Materiālu atdalīšanas procesi lielā mērā ir atkarīgi no izvēlētā nojaukšanas veida. Jo īpaši, ja tiek izmantots vispārējais nojaukšanas process, kurā nav sākotnējas materiālu nošķiršanas, un līdz ar to šis posms ir nepieciešams.

Tādā gadījumā materiālu atdalīšanu var veikt, pamatojoties uz šādiem kritērijiem:

•           Vizuālā pārbaude;

•           Sadale pēc krāsām;

•           Izmantojot īpašas atkritumu atdalīšanas mašīnas (t.i., koka, metāla un plastmasas daļiņu, ķieģeļu un betona atkritumu atdalīšanai).

Ja tiek piemērota krāsu šķirošanas metode, sarkano frakciju parasti var apzīmēt, kā nestrukturālu daļu no māla ķieģeļiem un citiem keramikas (t.i., flīžu) materiāliem, kamēr pelēkā frakcija sastāv no daļām, kas galvenokārt sastāda dzelzsbetona (un mazākā daļā – javu) gruvešus. Pretējā gadījumā, ja ir izvēlēta selektīvā nojaukšana, dažādie materiāli tiek nojaukti atsevišķi un attiecīgi koks, metāls, plastmasa, nestrukturālie elementi (piem., materiāli, kuru pamatā ir keramika) un strukturālie elementi (piem., materiāli uz cementa bāzes) atdalīti jau sākotnēji.

Materiālu homogenizācija

Homogenizācijas process ir paredzēts, lai samazinātu neviendabīgumu atlasītajos atkritumos, ņemot vērā gan ģeometrisko (t.i., izmēra sadalījumu), gan fizikālās/mehāniskās īpašības. Materiāla homogenizāciju var veikt, izmantojot alternatīvas metodes, kuru izvēle ir atkarīga no atkritumu frakcijas statusa (proti, beztaras materiāli, cietās frakcijas vai veseli rāmju gabali). Beramiem materiāliem (kā betons), materiāla homogenizācijas posmu var īstenot, pamatojoties uz tā saukto “šūnu procesa” metodi (homogenizācijas process uz šūnas vienību). Saskaņā ar šo metodi, dažādi materiālu paraugi tiek izvietoti uz plastmasas loksnes dažādos slāņos. Tādējādi betona daļiņas tiek sadalītas viendabīgi (ģeometrisko un fizikālo raksturojumu ziņā) lapas garumā un tās var sadalīt vēl vairākās daļās visā garumā, ko sauc par “šūnām”.

Izmēra samazināšana

Šis process ir galvenais posms, lai pārvērstu atkritumus betona pildvielās. To var veikt, izmantojot smalcinātāju, kas pārveido betona gruvešus divās frakcijās:

•           Smalkas pildvielas (nomināls diametrs <4.75 mm);

•           Rupjas pildvielas (nomināls diametrs >4.75 mm).

Attiecīgie smalcinātāju veidi ir žokļu smalcinātāji, ruļļi, riņķojoši smalcinātāji, konusveida smalcinātāji, stieņu dzirnavas, un trieciena tipa smalcinātāji, piemēram, horizontālie triecienelementi (piem., āmuru dzirnavas) vai vertikālie triecienelementi.

Sijāšana

Sijāšanas process ir paredzēts, lai sadalītās saražotās pildvielas sadalītu lieluma klasēs un likvidētu atlikušos pulverus, kas radušies daļiņu izmēra samazināšanas posmā.

Būvgružu betons

Būvgružu betons tiek iegūts betona ēku, ietvju, dambju un citu infrastruktūru nojaukšanas rezultātā, kā arī kategorijā ietilpst betona atkritumu paliekas no gatavā betona ražotnēm.

Pēdējo desmit gadu laikā šie būvgružu betoni, izņemot nelielu daļu, ko izmanto, kā starpliku ceļiem un ēkām, vairs netiek pārstrādāti un transportēti uz priekšpilsētām, lauku novietnēm vai atkritumu poligoniem. Tas, protams, patērēs daudz līdzekļu zemes izmantošanai, atkritumu apsaimniekošanai, apstrādei, kā arī citām būvniecības izmaksām. Tikmēr šo procesu radītie putekļi novedīs pie vides piesārņojuma, padarot pilsētas netīrākas. Turklāt betons, kas ir pasaulē visplašāk izmantotais cilvēka radītais būvmateriāls, patērē daudz resursu.

Milzīgais pieprasījums neizbēgami novedīs pie dabas resursu izsīkšanas un ekoloģiskās vides pasliktināšanās. Bet tajā pašā laikā, pieaugot betona lietojumam, betona ražošanai vajadzīgie materiāli ir deficīts daudzās valstīs un reģionos un tie paļaujas uz betona un izejvielu transportēšanu no citām valstīm un reģioniem. Kopumā resursu saglabāšanai betons ir jāreciklē un šī nozare ir jāattīsta.  Tāpēc vides aizsardzības un ilgtspējīgas attīstības stratēģijā ir steidzami jāattīsta efektīvas un saprātīgas būvgružu betona pārstrādes metodes.

Dekonstrukcija

Viens no veidiem, kā nākotnē betona atkritumu piegādes ķēde var tikt palielināta, ir izstrādāt visas jaunās ēkas ar dekonstrukcijas stratēģiju. Ja ēka ir izstrādāta, izmantojot dekonstrukcijas stratēģiju, tās dzīves beigās detaļas var atdalīt bez bojājumiem, tādējādi ļaujot to maksimāli izmantot.

Dekonstrukcijas dizains ir jauns jēdziens, kas radies pēdējā desmitgadē, un tā izcelsme meklējama rūpniecības jomas demontāžas dizaina izstrādē. Daudzu veidu konstrukcijas var atbilst šīm prasībām, piemēram, koka konstrukcijas, tērauda konstrukcijas, pagaidu konstrukcijas un daļa militāro konstrukciju. Betona konstrukcijās ir grūti sasniegt stāvokli, kad elementi var tikt kopumā dekonstruēti, tos nesabojājot vai nedaudz bojājot. Tādējādi daudzi pētījumi ir vērsti uz savienojumiem, kuru elementus var viegli dekonstruēt.

Ēku nojaukšanas tirgū dekonstrukcija kā ēku nojaukšanas process kļūst arvien populārāks daļēji vides apsvērumu dēļ (materiālu atkārtotā izmantošana, pārstrāde), bet galvenokārt ekonomisku apsvērumu dēļ. Dekonstrukcija būtībā ir būvniecības process apgrieztā secībā. Tas parasti tiek piemērots, ja būvizstrādājumu atkārtota izmantošana un pārstrāde ir svarīga vides, ekonomisko vai sociālo iemeslu dēļ.

Pamata aspekti, kurus ņemt vērā, veicot dekonstrukciju:

• oficiāls paziņojums visām struktūrām, kuras var ietekmēt dekonstrukcijas darbība vai kuras atrodas tās jurisdikcijā;

• dekonstrukcijas vietas iekārtošana;

• visu pakalpojumu, kas joprojām darbojas ēkā, atvienošana, piem., ūdens, elektrība, gāzes apgāde;

• to konstrukcijas elementu, kas var sabrukt, nostiprināšana, ja būtiski mainās to iekšējais spiediena stāvoklis;

• sastatņu montāža;

• personāla drošības pasākumu sagatavošana un izpilde;

• maršrutēšana un atsevišķa reģenerēto materiālu uzglabāšana;

• darbinieku individuālie aizsardzības pasākumi.

Pirmie trīs aspekti ir kopēji visiem nojaukšanas darbiem. Tomēr dekonstrukcijas objekta stiprināšanas sistēmas parasti ir saistītas ar pēkšņām spiediena izmaiņām strukturālajos elementos un tas var būt vajadzīgs, lai izvairītos no negaidītām strukturālām nepilnībām. Sastatnes ir nepieciešamas, lai izņemtu fasādes elementus, kā arī, ja daži elementi jāizliek ārpus ēkas.

Lai nodrošinātu maksimālu materiālu atgūšanu gan atkārtotai izmantošanai, gan pārstrādei, darba vietu maršrutēšana ir ļoti būtiska. Iespējamais mazākais elementu atgūšanas bojājums nodrošinās maksimālo tālākpārdošanas vērtību. Sekojot apvērstai konstrukcijas loģikai, visi pārklājošie elementi tiek noņemti no ārējiem slāņiem uz leju līdz balstu elementiem. Tomēr, ja ēkai ir vēl dažādi pārklājošie elementi vai ja ir šaubas par to spiediena stāvokli, tad tos nedrīkst izņemt pirms augšējie līmeņi ir pilnībā dekonstruēti.

Ēkas, kuras šobrīd sasniegušas savas eksplutācijas beigas, agrāk netika veidotas, domājot par materiālu vai struktūru tālāku izmantošanu. Pat šodien nojaukšana, kā viena no iespējamām stratēģijām ēkas eksplutācijas beigās, nav dziļi pētīta. Kaut arī pēdējā gadsimta otrajā pusē celtās ēkas sasniedz sava dzīves cikla beigas un to atjaunošana notiek vienuviet, nojaukšanas paņēmieni kļūst aizvien nozīmīgāki.

Robežnosacījumi ir blīvā apbūves attīstība un augstā satiksmes intensitāte, tādēļ nekontrolētas demontāžas metodes vairs nav piemērotas. Vēl viens jautājums, kas attiecas uz atkritumu apsaimniekošanu īpaši Eiropas apdzīvotās teritorijās, ir tas, ka nojaukšanas projektu radītais reciklētā betona vai mūra apjoms ir apmēram divas reizes lielāks par nepieciešamību pēc pārstrādāta materiāla, piemēram, kā alternatīva dabiskajai grantij. Kopumā nepieciešamība pēc sasmalcināta betona vai mūra ir atkarīga no dabas resursu pieejamības. Tādējādi, ja dabiskā grants lokāli ir pieejama tikai nelielos daudzumos, vēlme izmantot otrreizēji pārstrādātus produktus ir lielāka un otrreizējā pārstrāde kļūst svarīgāka, kā alternatīvs resurss.

Mūsdienu nojaukšanas projektiem jāievēro divi svarīgi noteikumi:

• Plānotājiem jāņem vērā atkritumu apsaimniekošana, kā arī piesārņojuma un pārstrādes iespējas;
• Nojaukšanai jābūt drošai un jāievēro tehniskās vadlīnijās, kas samazina risku līdz minimumam.

Izmantotie informācijas avoti

• Abc.lv. (2019). Ēku nojaukšanas kārtība [tiešsaiste]. Pieejams: https://abc.lv/raksts/eku-nojauksanas-kartiba-99c6a35a53
• Ekudemontaza.lv. Pārstrāde pēc demontāžas [tiešsaiste]. Pieejams: https://ekudemontaza.lv/parstrade-pec-demontazas/
• Jianzhuang X., Jiabin L., Zhang Ch.  (2005). Mechanical properties of recycled aggregate concrete under uniaxial loading: Cement and Concrete Research. 7 p.
• Pacheco-Torgal F., Tam V., Ding Y.  (2013). Handbook of recycled concrete and demolition waste: Woodhead Publishing. 672 p.
• Pepe M. (2015). A Conceptual Model for Designing Recycled Aggregate Concrete for Structural Applications: Springer Theses. 178 p.