Šikmé nájezdy a využití recyklovaného asfaltu: Inovace v dopravním stavitelství

Asfalt, jako jedna z forem živic, se vyskytuje buď v přírodě samostatně, nebo ve spojení s jinými látkami, zejména v naftonosných sedimentech. Získává se také z ropy jako zbytkový produkt po vakuové destilaci, přičemž představuje nejhustší složku ropy s nejvyšším bodem varu. Existuje několik druhů asfaltu, včetně přírodního, kamenouhelného, hnědouhelného, dehtového a umělého. Asfalt je živičnatá látka složená z uhlíku, vodíku, kyslíku a někdy i dusíku, která je rozpustná v diethyletheru, sirouhlíku, terpentýnovém oleji a dehtových olejích.

Význam asfaltu a recyklace ve stavebnictví

Přírodní asfalt, známý také jako skálová pryskyřice, je zařazen mezi horniny, konkrétně do kategorie zemních pryskyřic. Může být pevný s tvrdostí soli kamenné nebo se vyskytovat v kapalné formě. Má černou nebo černohnědou barvu, mastný lesk a hustotu v rozmezí 1,1 až 1,2 g/cm³. Asfalt se hojně využívá ve stavebnictví, zejména v dopravním stavitelství jako pojivo v asfaltovém betonu pro výstavbu silnic, chodníků a dalších dopravních infrastrukturních prvků.

V posledních dvou desetiletích společnost, a to jak u nás, tak i všude jinde ve světě, začíná stále více myslet ekologicky. S permanentním nárůstem automobilové dopravy je zapotřebí stavět stále nové a rekonstruovat stávající silnice a dálnice, a proto je nutné vážně se zamyslet a začít i v tomto oboru využívat obnovitelné zdroje. Získávání nového asfaltu z ropy nebude do nekonečna - jednak se ložiska postupně vyčerpávají a za druhé způsob těžby i zpracování ropy značně zatěžuje životní prostředí. Podle statistik stavebnictví produkuje až 40 % veškerého světového odpadu. Kromě toho také ubývají zdroje kvalitního přírodního kameniva.

Při obnově již nevyhovujících asfaltových pozemních komunikací se stará rozpadlá živice ze silnic vyřezává a odvrtává pomocí sbíjecích kladiv, a tímto jejím bouráním se získává značné množství staré asfaltové hmoty, tzv. R-materiál. Pro stmelení asfaltových směsí se ve stále větší míře používají polymerem modifikované asfalty. Do těchto asfaltových směsí se rovněž často přidává určité množství R‑materiálu. Pojivo obsažené v R‑materiálu se pak v ideálním případě promísí s čerstvým dávkovaným pojivem. V asfaltové směsi tak vzniká směs pojiva, která je závislá nejen na vlastnostech nově přidávaného čerstvého pojiva, ale i pojiva R‑materiálu [3-6]. Cílené ovlivnění vlastností výsledného pojiva obsaženého v asfaltové směsi pojivem z R‑materiálu je značně obtížné, protože výrobce asfaltové směsi je odkázán na dostupné omezené zdroje R‑materiálu.

Polymerem modifikované asfalty a R-materiál

Polymerem modifikované asfalty typu PMB RC jsou speciální modifikované asfalty, které jsou vhodné pro stmelení asfaltových směsí obsahujících vyšší dávkování R‑materiálu. Oproti obvyklým polymerem modifikovaným asfaltům má PMB RC zpravidla vyšší stupeň modifikace. Jak je všeobecně známo, přístup některých Evropských zemí k recyklaci je podstatně vstřícnější než v ČR. Zkušenosti s recyklacemi směsí s polymerem modifikovanými asfalty má především Německo, kde pojem PMB RC také vznikl. Koncept technologie PMB RC je v Německu postaven na nízké hodnotě bodu měknutí. Předpokládá se, že když je nízký bod měknutí, je pojivo měkké, a tudíž odolné vůči mrazovým trhlinám. Naproti tomu se v Rakousku do PMB RC dávkuje vysoké množství polymerní přísady, takže bod měknutí je vysoký a předpokládá se, že při naředění tohoto vysoce modifikovaného asfaltu pojivem z R‑materiálu zůstane dostatek modifikační přísady ve výsledném pojivu, což znamená, že asfaltová směs bude odolná proti vzniku mrazových trhlin. Toto je zásadní rozdíl v přístupech těchto dvou zemí, kde se pojiva typu PMB RC používají nejvíce.

Čtěte také: Šikmá střecha: spoje

V ČR zatím neexistuje jednotný přístup k návrhu a volbě polymerem modifikovaného asfaltu ve směsích obsahujících R‑materiál. U vybraných asfaltových směsí typu asfaltový beton s polymerem modifikovaným asfaltem je možné použít maximálně 15 % R‑materiálu. Česká republika je v oblasti recyklace směsí s polymerem modifikovanými asfalty poměrně nováček a má doposud malé zkušenosti s používáním těchto materiálů. V současné době není v ČR žádný předpis, který by stanovoval požadavky na směsi s polymerem modifikovaným asfaltem s R‑materiálem. Možnosti využití vyšších množství R‑materiálu v asfaltových směsích s asfaltovými pojivy typu PMB řeší probíhající výzkumný projekt [8]. Česká republika nemá oproti Německu a Rakousku převládající třídu pojiv, tzn., že pojiva třídy 25/55 a 45/80 se používají přibližně stejnoměrně. České požadavky a zkušební metody asfaltových pojiv typu PMB RC jsou uvedeny v ČSN EN 14023 [9] a ČSN 65 7222‑1 [10] a zejména ve změně Z1 normy ČSN 65 7222-1 [11].

Vliv R-materiálu na vlastnosti polymerem modifikovaného asfaltu

Cílem příspěvku je popsat vliv přidání různého množství zestárlého pojiva znovuzískaného z R‑materiálu na změnu vlastností polymerem modifikovaného asfaltu třídy 45/80-65 a polymerem modifikovaného asfaltu třídy 45/80 RC. Pro znovuzískání zestárlých pojiv byl využit R‑materiál obsahující nemodifikované asfaltové pojivo i R‑materiál získaný z asfaltové směsi obsahující polymerem modifikovaný asfalt. Asfaltová pojiva byla z R‑materiálů získána extrakcí v průtokové odstředivce podle normy ČSN EN 12697-1 [13] s využitím perchlorethylenu a následnou vakuovou destilací podle normy ČSN EN 13697‑3 [14]. Směsi asfaltových pojiv (polymerem modifikovaný asfalt třídy 45/80-65, resp. 45/80 RC a pojivo znovuzískané z obou R‑materiálů) byly namíchány v přesně určených poměrech. Jako nové pojivo pro výrobu směsných pojiv bylo použito pojivo PMB 45/80-65 a PMB 45/80 RC rakouského výrobce.

Vlastnosti asfaltových vrstev vozovek jsou značně ovlivněny vlastnostmi asfaltového pojiva. Asfaltové pojivo jakožto organický materiál podléhá v průběhu životnosti různým degradačním vlivům [1]. Z toho důvodu nelze posuzovat vlastnosti asfaltových pojiv, potažmo směsí, pouze v čerstvém stavu, ale je nutné hodnotit vlastnosti těchto materiálů i po simulaci stárnutí [2]. Pokud má asfaltové pojivo vyhovující vlastnosti v nezestárlém, respektive čerstvém stavu, automaticky to neznamená, že si tyto vlastnosti uchová i po stárnutí. Podobně pojivo s horšími vlastnostmi po výrobě může mít lepší vlastnosti z dlouhodobého hlediska, protože vlastnosti pojiva se s časem tolik nemusejí měnit. Do této problematiky navíc často vstupuje další proměnná ve formě zabudování již zestárlého pojiva obsaženého v R‑materiálu.

Z výsledků zkoušek vyplývá, že přidáním zestárlého pojiva získaného z R‑materiálu se zvýší viskozita směsného pojiva, což bylo prokázáno například snížením hodnoty penetrace jehlou. S rostoucím obsahem pojiva získaného z R‑materiálu rovněž klesala hodnota penetračního indexu směsi pojiva a zhoršovala se hodnota vratné duktility i bodu lámavosti podle Fraasse. Pokud ovšem bylo použito pojivo získané z R‑materiálu, který obsahoval modifikovaný asfalt, zhoršení vlastností směsných pojiv nebylo tak patrné oproti směsným pojivům, obsahujícím pojivo získané z R‑materiálu, který obsahoval nemodifikovaný silniční asfalt. Rovněž při použití pojiva typu RC nedošlo k tak výraznému negativnímu ovlivnění chování směsných pojiv oproti směsím pojiv, ve kterých byl obsažen standardní polymerem modifikovaný asfalt třídy 45/80-65. Přidáním pojiv získaných z R‑materiálů došlo ke snížení bodu měknutí směsných pojiv. To je pravděpodobně způsobeno „naředěním“ modifikačního systému, obsaženého v čerstvých polymerem modifikovaných asfaltech zestárlými pojivy z R‑materiálů. Překvapivé bylo, že se hodnoty bodu měknutí směsí pojiv neumístily mezi bodem měknutí pojiv, ze kterých byla tato směsná pojiva vyrobena, ale velice často došlo k poklesu hodnoty bodu měknutí směsi pojiva oproti hodnotě bodu měknutí vstupního pojiva získaného z R‑materiálu.

Penetrace jehlou

Z tabulky 1 je patrné, že polymerem modifikovaný asfalt 45/80 RC je měkčí než asfalt 45/80-65 (má vyšší hodnotu penetrace jehlou), ale přesto je pravděpodobně více modifikovaný, protože dosahuje vyšší hodnoty bodu měknutí. To odpovídá rakouskému konceptu pojiv typu PMB RC. Při srovnání znovuzískaných pojiv z R‑materiálů je možné říct, že obě pojiva mají srovnatelnou hodnotu penetrace jehlou. Hodnoty penetrace jehlou pojiv získaných z R‑materiálů jsou srovnatelné, mírně vyšší penetraci dosahuje pojivo získané z R‑materiálu, obsahujícího modifikované pojivo. Z obrázku 1 je patrné, že hodnoty penetrace jehlou se po přidání pojiva z R‑materiálu k novému čerstvému pojivu snižují. To znamená, že u namíchaných směsí pojiv se zvyšuje viskozita s vyšším podílem pojiva získaného z R‑materiálu.

Čtěte také: Fyzioklinika a cvičení "prkno"

Bod měknutí

Z obrázku 3 je patrné, že hodnoty bodu měknutí se po přidání pojiva z R‑materiálu k novému čerstvému pojivu snižují. To je pravděpodobně způsobeno „naředěním“ modifikačního systému, obsaženého v čerstvých polymerem modifikovaných asfaltech zestárlými pojivy z R‑materiálů. Na obrázku 4 je však vidět, že hodnoty bodu měknutí směsí pojiv se překvapivě neumístily mezi bodem měknutí pojiv, ze kterých byly tyto směsi pojiv vyrobeny, ale často došlo k poklesu hodnoty bodu měknutí směsi pojiva oproti hodnotě bodu měknutí pojiva získaného z R‑materiálu. Hodnota bodu měknutí pojiva získaného z R‑materiálu obsahujícího modifikovaný asfalt je o 5,7 °C vyšší než bod měknutí pojiva získaného R‑materiálu, obsahujícího nemodifikovaný silniční asfalt.

Penetrační index (Ip)

Z výsledků penetrace jehlou a bodu měknutí byl stanoven penetrační index (Ip), jako indikátor teplotní citlivosti asfaltového pojiva. Penetrační index se vypočítá z hodnoty penetrace jehlou při teplotě 25 °C a z hodnoty bodu měknutí podle rovnice (1). Pomocí penetračního indexu lze obecně asfalty rozdělit na multigrádové a oxidované, které mají penetrační index kladný a dále na silniční a destilační asfalty, které mají penetrační index záporný. S růstem penetračního indexu přechází asfalt ze „sol“ typu na „sol‑gel“ typ. Obecně lze říct, že asfalt s vyšším penetračním indexem má lepší viskoelastické vlastnosti [19]. Hodnota penetračního indexu se pohybuje v rozmezí přibližně -3 (velmi citlivé na teplotu) a +7 (téměř žádná teplotní citlivost). Nutno podotknout, že pro hodnocení vlastností polymerem modifikovaných asfaltů se tato veličina obvykle příliš nepoužívá.

Z obrázku 5 je patrné, že s rostoucím obsahem pojiva získaného z R‑materiálu klesá hodnota penetračního indexu směsi pojiva, což je vidět i v obrázku 6. Nejvyšších hodnot penetračního indexu (lepší viskoelastické vlastnosti a nižší teplotní citlivost) dosahoval polymerem modifikovaný asfalt třídy 45/80 RC, který byl následován pojivem třídy 45/80-65. Vyšší hodnoty penetračního indexu dosahovaly směsi pojiv, obsahující znovuzískaná pojiva z R‑materiálu, obsahujícího modifikovaný asfalt, oproti směsím pojiv, které obsahovaly pojivo získané z R‑materiálu, který obsahoval nemodifikovaný silniční asfalt. Rovněž vyšší hodnoty penetračního indexu dosahovaly většinou směsi pojiv, obsahující polymerem modifikovaný asfalt třídy 45/80 RC oproti směsem pojiv, obsahujícím polymerem modifikovaný asfalt třídy 45/80-65.

Vratná duktilita

Výsledky hodnot vratné duktility polymerem modifikovaných asfaltů 45/80-65 a 45/80 RC a směsí pojiv jsou uvedeny v obrázku 7. Hodnoty vratné duktility polymerem modifikovaných asfaltů 45/80-65 a 45/80 RC vyhovují požadavkům normy ČSN 65 7222-1 včetně změny Z1. S rostoucím obsahem pojiva získaného z R‑materiálu se hodnota vratné duktility snižuje, což lze pozorovat v obrázku 8. Směsi pojiv, obsahující pojivo získané z R‑materiálu, který obsahoval modifikované pojivo, dosahovaly většinou vyšší hodnoty vratné duktility než směsi pojiv, které obsahovaly pojivo získané z R‑materiálu, který byl stmelen nemodifikovaným pojivem. Vyšší hodnoty vratné duktility byly vždy dosaženy v případě směsí pojiv obsahujících polymerem modifikovaný asfalt 45/80 RC oproti směsím pojiv s pojivem 45/80-65.

Bod lámavosti

Výsledky hodnot bodu lámavosti polymerem modifikovaných asfaltů 45/80-65 a 45/80 RC a směsí pojiv jsou uvedeny v obrázku 9. Hodnota bodu lámavosti polymerem modifikovaného asfaltu třídy 45/80 RC je o 1,0 °C vyšší než hodnota bodu lámavosti pojiva třídy 45/80-65, což naznačuje mírně lepší nízkoteplotní chování pojiva typu RC oproti pojivu třídy 45/80-65. S rostoucím obsahem pojiva získaného z R‑materiálu se hodnota bodu lámavosti zvyšuje (zhoršuje), což lze pozorovat v obrázku 10. Směsi pojiv, obsahující pojivo získané z R‑materiálu, který obsahoval modifikované pojivo, dosahovaly většinou nižší (lepší) hodnoty bodu lámavosti než směsi pojiv, které obsahovaly pojivo získané z R‑materiálu, který byl stmelen nemodifikovaným pojivem.

Čtěte také: OSB desky a šikmá střecha: správná skladba

Tabulka: Vliv přidání R-materiálu na vlastnosti asfaltových pojiv

Praktické aplikace recyklace asfaltu

To, co by dále mělo přispět ke zlepšení životního prostředí, je používání asfaltu modifikovaného pryžovým granulátem. Nejedná se o záležitost tak úplně novou - s touto technologií se začalo už v 60. letech minulého století, ale doposud se využívala v nedostatečné míře. Pryžový granulát se získává z ojetých pneumatik, takže i tento gumový odpad je vlastně recyklován a plně zužitkován; na jednu tunu modifikovaného gumoasfaltu CRmB je zapotřebí cca 50 pneumatik z osobních automobilů. Životnost pneumatik představuje mnohem více než jen ekonomický aspekt provozu vozidla; je to fundamentální faktor ovlivňující bezpečnost, jízdní komfort a celkovou efektivitu automobilové dopravy. Méně častá výroba pneumatik znamená snížení emisí oxidu uhličitého a spotřeby surovin, zatímco menší objem odpadu k likvidaci je přínosem pro ekosystém.

Zde jsou uvedeny reference a příklady použití recyklovaných asfaltových směsí v praxi:

• Pokládka živice 2 vrstvy - letiště Tlustice.
• Kompletní obnova chodníku v ulici Sklenářka v Hořovicích.
• Opravy komunikací po městě Králův Dvůr.
• Hořovice Sklenářka - pokládka živice do připraveného podloží.
• Pokládka živice tl. 6 cm - dálnice D5.
• Opravy komunikací po městě Hořovice.
• Oprava komunikací - Metropole Zličín: Vybourání poškozených částí komunikace, pokládka nové živice finišerem.
• Zhotovení 3 nových komunikací ve městě Zdice.
• Opravy komunikací v areálu VFN v Praze - Karlovo nám.
• Zhotovení příjezdové komunikace k betonárce Beroun-Tetín.
• Dětské hřiště Králův Dvůr - školka B-English.
• Oprava nástupní plochy před hasičárnou Stašov.
• Oprava železničního přejezdu v Litni u Berouna: Ruční pokládka živice v tl. 10 cm.
• Oprava frekventované komunikace v průmyslovém areálu Hal v Rudné u Prahy.
• Zhotovení zpomalovacího prahu ze živice - Králův Dvůr.
• Zhotovení nového chodníku z asfaltové živice Kladno.
• Zhotovení živičných ploch kolem novostavby po rekonstrukci kulturního domu Plzeňka Beroun.
• Oprava živičných ploch.
• Oprava železničního přejezdu v Rakovníku: Ruční pokládka asfaltové živice ve 4 vrstvách od hrubé po jemnou.
• Oprava komunikace v areálu VAFO - Chrášťany.
• Zhotovení nového chodníku podél domu soukromého vlastníka.
• Zhotovení oprav chodníků Beroun.
• Zhotovení oprav komunikací - Hudlice.
• Výměna odtokových žlabů - Business Park Rudná: Komplexní výměna rozbitých odtokových žlabů u provozních hal 7,8,9.
• Komunikace v areálu Muzea veteránů Lužná.
• Zhotovení nové komunikace Plzeň.
• Kompletní rekonstrukce manipulační plochy 9000m2 - Business Park Rudná.
• Oprava zátěžových ploch v areálu Cembrit: Výměna zátěžových povrchů v areálu vč. podkladních vrstev.
• Železniční přejezdy a jejich opravy v roce 2012.
• Opravy pojízdných komunikací - Cembrit: Větší rozsah oprav pojízdných ploch v areálu firmy Cembrit s.r.o. v Berouně.
• Opravy propadlých dlažeb a zhotovení 2 vjezdů na parkovišti Ikea - Praha Zličín.
• Zhotovení oprav komunikací po výstavbě kanalizace v obci Hýskov: Homogenizace 1. pruhu komunikace po předešlé výstavbě komunikace.
• Zhotovení plochy dvora autoservisu Lochovice: Pokládka živičných vrstev do dvora autoservisu v Lochovicích.
• Zhotovení oprav komunikací v obci Hýskov po předešlé výstavbě kanalizace v obci Hýskov - zhotovení živičných povrchů ve 2 vrstvách.
• Železniční přejezdy Stašov, Hostomice, Libomyšl.
• Opravy chodníků Beroun - Závodí.
• Oprava krajnic místních komunikací Svatá.
• Zhotovení komunikací v nové zástavbě obce Cvrčovice.
• Opravy pojezdových ploch v areálu Cembrit.
• Zhotovení nových 10 komunikací.
• Oprava povrchů železniční vlečky Mělník.
• Opravy komunikací - město Králův Dvůr.
• Železniční přejezdy, komunikace, vpusti, nájezdy a spousta dalšího.

Příspěvek vznikl s podporou Technologické agentury České republiky, projekt CK01000158 „Využití vyšších množství R‑materiálu v asfaltových směsích s asfaltovými pojivy typu PmB“.

Autoři: doc. Ing. Ondřej Dašek, Ph.D., doc. Ing. doc. Dr. Ing. Michal Varaus, doc. Ing. Ing. Jiří Sachr, Ing. Ing. Ing. Froněk, spol. s r. o. Ing. František Buráň, Ing. Ing. CIUR a. s.

Reference:

• [1] Plitz, J.: Stárnutí silničních pojiv. Asfaltové vozovky 1997.
• [2] Dašek, O.; Hýzl, P.; Coufalík, P.; Varaus, M.; Stehlík, D.; Špaček, P.; Hegr, Z.; Stoklásek, S.; Matoušek, D.; Svoboda, P.: Metodika pro hodnocení silničních asfaltů z hlediska náchylnosti k termooxidačnímu stárnutí. Certifikovaná metodika.
• [3] Hussain, A.; Yanjun, Q.: Effect of Reclaimed Asphalt Pavement on the Properties of Asphalt Binders. The 2nd International Conference on Rehabilitation and Maintenance in Civil Engineering. Procedia Engineering 54 (2013), p. 840-850. DOI: 10.1016/j.
• [4] Mangiafico, S.; Di Benedetto, H.; Sauzéat, C.; Olard, F.; Pouget, S.; Planque, L.: New method to obtain viscoelastic properties of bitumen blends from pure and reclaimed asphalt pavement binder constituents. Road Materials and Pavement Design, 15:2, p. 312-329, 2014.
• [5] Mangiafico, S.; Di Benedetto, H.; Sauzéat, C.; Olard, F.; Pouget, S.; Planque, L.: Viscoelastic properties of bitumen blends obtained from pure and RAP-extracted binders. 5th Eurasphalt & Eurobitume Congress, 13-15th June 2012, Istanbul, p.
• [6] Mangiafico, S.; Di Benedetto, H.; Sauzéat, C.; Olard, F.; Pouget, S.; Planque, L.: Influence of reclaimed asphalt pavement content on complex modulus of asphalt binder blends and corresponding mixes: experimental results and modelling. Road Materials and Pavement Design, 14:sup1, p. 132-148, 2013.
• [7] Koudelka, T.; Varaus, M.; Dašek, O.; Coufalíková, I.: Recyklace asfaltových směsí s polymerem modifikovanými asfalty, Silniční obzor, 2018, 79(7-8), s. 190-198.
• [8] Výzkumný projekt Technologické agentury České republiky č. CK01000158.
• [9] ČSN EN 14023: Asfalty a asfaltová pojiva - Rámec pro specifikaci polymerem modifikovaných asfaltů.
• [10] ČSN 65 7222‑1: Asfaltová pojiva - polymerem modifikované asfalty - Část 1: Požadavky a zkušební metody.
• [11] Z1 normy ČSN 65 7222-1: Asfaltová pojiva - polymerem modifikované asfalty - Část 1: Požadavky a zkušební metody.
• [12] Koudelka, T.; Varaus, M.; Dašek, O.; Coufalíková, I.: Recyklace asfaltových směsí s polymerem modifikovanými asfalty, Silniční obzor, 2018, 79(7-8), s. 190-198.
• [13] ČSN EN 12697-1: Asfaltové směsi - Zkušební metody pro horké asfaltové směsi - Část 1: Obsah pojiva - Extrakce.
• [14] ČSN EN 13697‑3: Asfaltová pojiva - Zkušební metody - Část 3: Destilace vakuová.
• [19] Coufalík, P.: Reologické vlastnosti asfaltových pojiv. Brno, 2017. 213 s., 28 s. příl. disertační práce.

tags: #šikmé #nájezdy #živice #asfalt

Oblíbené příspěvky:

• Jak vybrat ocelový drát pro betonové konstrukce
• návod na řezání sololitu
• Návod na pokládku dlažby a následné tmelení
• Vše o trojitém izolačním zasklení
• Důstojné rozloučení v Chomutově