Recyklace vozovek se stává důležitým pilířem silničního stavitelství a vzhledem k omezenosti přírodních zdrojů bude mít do budoucna stále větší vliv na udržitelnost stavu vozovek v ČR. Je tak snahou co nejvíce využívat recyklované materiály do konstrukcí tuhých či netuhých vozovek.
V dnešní době již není na R‑materiál z velké části pohlíženo pouze jako na stavební odpad, ale čím dál více do popředí se dostává jeho opětovné využití v asfaltových směsích pro konstrukce netuhých vozovek. Dokladem toho je mimo jiné vyhláška č. 130/2019 Sb. [1], která definuje, za jakých podmínek přestává být asfaltová směs odpadem, resp. se stává vedlejším produktem. Úplnou novinkou je pak nově vzniklá česká národní norma ČSN 73 6141 Požadavky na použití R‑materiálu do asfaltových směsí, z prosince 2020, která specifikuje požadavky na postupy pro získávání, úpravu, homogenizaci, skladování, zkoušení a kontrolu R‑materiálu určeného k použití jako složky - stavební materiál - pro výrobu asfaltových směsí za horka [2].
Výzkum a vývoj asfaltových směsí s R-materiálem
V rámci výzkumu v laboratořích Ústavu pozemních komunikací Fakulty stavební v Brně a centra AdMaS bylo v posledních letech navrženo a laboratorně odzkoušeno několik asfaltových směsí s vyšším obsahem R‑materiálu, a to zcela bez použití rejuvenátorů, v návaznosti na zahraniční zkušenosti. Tyto směsi s vyšším obsahem R‑materiálu byly, pro zjištění jejich vlastností, podrobeny empirickým i funkčním zkouškám.
Příspěvek pojednává o návrhu a vlastnostech celkem 4 asfaltových směsí, přičemž 2 jsou pro obrusné vrstvy (typ ACO 11) a 2 pro ložní či podkladní vrstvy (typ VMT 22). Jedná se o běžně používané asfaltové směsi s mezerovitostí pohybující se od 2,5 % do 4,5 %.
Příspěvek pojednává o návrhu a vlastnostech asfaltových směsí pro obrusné, ložní či podkladní vrstvy vozovek s vyšším obsahem R‑materiálu a zcela bez použití oživovacích přísad, tzv. rejuvenátorů. Dále příspěvek shrnuje dosavadní zahraniční zkušenosti a představuje výsledky výzkumu takovýchto asfaltových směsí, a to zejména asfaltového betonu pro obrusné vrstvy ACO 11 s 35% podílem R‑materiálu a také výsledky směsí typu VMT (pro ložní či podkladní vrstvy vozovek) s využitím 25% podílu R‑materiálu a s modifikovanými pojivy.
Čtěte také: Vlastnosti asfaltových pásů
Asfaltové směsi pro obrusné vrstvy (ACO 11)
Výsledky provedených zkoušek na směsích pro obrusné vrstvy byly posouzeny dle požadavků na směs ACO 11, resp. ACO 11+, dle normy ČSN 73 6121 [3]. V této normě však nejsou uvedeny požadavky pro všechny stanovované funkční parametry.
V ČR je dle současných předpisů [3] povoleno přidávat do asfaltových směsí pro obrusné vrstvy 25 % R‑materiálu v příp. směsi ACO 11, resp. 15 % v příp. směsi ACO 11+. Do budoucna je plánováno zvýšení maximálního povoleného množství R‑materiálu pro směsi ACO 11, a to na množství 35 % [5]. Při dávkování R‑materiálu do asfaltových směsí v množství větším než 15 %, je třeba dle ČSN 73 6141 asfaltové pojivo v R‑materiálu oživit [2]. použitím měkčího asfaltu v optimalizovaném množství (např.
Množství 35 % R‑materiálu je maximálním povoleným množstvím pro směsi ACO 11 v plánované revizi normy ČSN 73 6121 [3], [5]. Obsah asfaltu v R‑materiálu činil 5,6 %.
Při návrhu směsí pro obrusnou vrstvu byl kladen důraz na jednoduchost, snadnou reprodukovatelnost a celkovou úsporu nákladů na výrobu daných směsí. Uvedené směsi A i B byly navrženy v závislosti na předchozím výzkumu, při kterém bylo v obdobné směsi použito pojivo gradace 70/100 modifikované pryžovým granulátem a R‑materiál tvořil až 50% hmotnostní podíl v asfaltové směsi. Díky zajímavým výsledkům funkčních zkoušek takovéto směsi [6] byly v návaznosti na ně navrženy dvě nové směsi s obsahem R‑materiálu 35 %, a to i s ohledem na připravované zvýšení podílu R‑materiálu ve směsích v ČR [5]. Pro simulaci účinků paralelního bubnu byl R‑materiál do směsí dávkován předehřátý na teplotu 135 °C. Při návrhu čáry zrnitosti směsí byl kladen důraz splnění požadavků oboru zrnitosti pro asfaltové směsi typu ACO 11.
Stejně tak je nahlíženo na další charakteristiky směsí (např. mezerovitost), které také odpovídají požadavkům na směsi ACO 11, resp. ACO 11+. U směsi A s obsahem CRMB bylo upraveno celkové množství pojiva a obsah jemných částic z důvodu obsahu pryžového granulátu. Tato směs tak obsahuje 7,0 % asfaltu. Oproti tomu směs B obsahuje 5,8 % asfaltu. Vzhledem k použití 35 % R‑materiálu činí množství pojiva z R‑materiálu ve směsích 1,96 %.
Čtěte také: Asfaltové holuby: Pravidla a tipy
U navrhovaných směsí se potvrdil předpokládaný nárůst modulu tuhosti vlivem přídavku R‑materiálu, avšak jeho vliv na křehkost směsi bude nutno ověřit v praxi. Z výsledků provedených funkčních zkoušek se ukázalo, že obě zkoumané směsi plně vyhovují požadavkům kladeným normou [3], a lze konstatovat, že směs A s obsahem pryžového granulátu dosáhla mírně lepších výsledků než směs B.
Jak bylo uvedeno výše, obě směsi A i B vyhovují požadavkům na směsi ACO 11, dle [3]. Při posouzení vhodnosti navržených směsí je třeba nahlížet na celou problematiku také z hlediska ekonomického, které je v dnešní době velmi důležité. U obou směsí dochází k finanční úspoře (asfalt a kamenivo) vlivem použití vyššího množství R‑materiálu. Směs A dosahuje lepších vlastností než směs B, ale kvůli modifikaci pryžovým granulátem obsahuje vyšší množství asfaltu, což ve spojení s komplikovanějším procesem výroby takového pojiva může být v současné době v České republice méně ekonomicky výhodné.
Oproti tomu směs B, která obsahuje pouze nemodifikované pojivo vyšší gradace (70/100), nejenže kvalitativně příliš nezaostává za první směsí, ale i přes vysoký obsah R materiálu dosahuje velmi dobrých výsledků. Po stránce ekonomické se jeví tato směs velmi příznivě, kdy dochází k finanční úspoře zejména vlivem omezení množství přidávaného asfaltu (dávkováno jen 3,84 % asfaltu), použitím nemodifikovaného asfaltu či absencí rejuvenačních přísad ve směsi. Výroba těchto směsí může vycházet až o 22 % levněji než běžně používané směsi pro obrusné vrstvy z asfaltového betonu ACO 11+ [7]. Tato cena je však proměnlivá a odvíjí se mj. od ceny a kvality použitého R‑materiálu či od aktuální ceny asfaltu. Neméně důležitým přínosem je také příspěvek životnímu prostředí, kdy dochází k recyklaci více než třetiny použitých materiálů. Tato směs je tak zajímavým řešením pro opravu krytových vrstev vozovek II. a III. třídy, na které je stále méně finančních prostředků.
Asfaltové směsi s vysokým modulem tuhosti (VMT)
Dále byl prováděn výzkum asfaltových směsí s vysokým modulem tuhosti (VMT) a s vyšším podílem R‑materiálu. Tyto směsi typu VMT jsou vzhledem k vyššímu obsahu tvrdších asfaltů přímo předurčeny k používání vyššího podílu R‑materiálu.
V laboratoři Ústavu pozemních komunikací Fakulty stavební, Vysokého učení technického v Brně probíhá již několik let zkoumání vlastností asfaltových směsí s vysokým modulem tuhosti. Na konferenci Asfaltové vozovky 2017 byl představen příspěvek s názvem „Nové technologie výstavby ložních a podkladních vrstev“ [13], který se zabýval problematikou švýcarských asfaltových směsí typu AC EME [14], [15]. Pro tyto směsi jsou charakteristické zejména vysoké moduly tuhosti, nízká mezerovitost a vyšší obsah velmi tvrdých asfaltů (např. gradace 10/20). Vzhledem k tomu, že se takto tvrdé asfalty v ČR prakticky do směsí nepoužívají, byly dále zkoumány směsi typu VMT s použitím modifikovaných asfaltů.
Čtěte také: Asfaltové pásy pro vrchní vrstvy
V roce 2019 byly v příspěvku s názvem „Asfaltové směsi s vysokým modulem tuhosti obsahující vyšší podíl R‑materiálu“ představeny směsi typu VMT s modifikovanými pojivy (PMB 25/55-65, či CRMB: asfalt 50/70 modifikovaný pryžovým granulátem) [15]. V tomto článku bylo také poukázáno na možné snížení tloušťky vozovky s použitím těchto směsí, při zachování srovnatelné životnosti.
Jedním z cílů bylo, aby obě tyto směsi bylo možné vyrábět i na obalovnách, které nejsou vybaveny paralelním bubnem. Obě směsi tak obsahovaly 25% podíl R‑materiálu, což je maximální možné množství, které lze dávkovat do míchačky šaržové obalovny za studena. Zároveň se jedná o maximální možné množství pro ložní vrstvy dle TP 151 [4].
Směsi s vysokým modulem tuhosti VMT se dle TP 151 [4] rozdělují do dvou zrnitostních kategorií, a to na VMT 16 a VMT 22. Pro tyto směsi je charakteristický vyšší obsah asfaltů nižší gradace a mezerovitost pohybující se od 3 % do 5 %. Tyto směsi se používají do konstrukcí vozovek s vyšším dopravním zatížením (zejména pro dálnice a silnice I. Do směsí VMT lze dle [4] přidávat maximálně 30 % R‑materiálu v případě použití pro ložní vrstvy, resp. 25 % R‑materiálu v případě použití pro podkladní vrstvy vozovky. Pokud se R‑materiál dávkuje za studena, tj.
V obou případech byl tedy použit shodně jako výchozí asfalt gradace 70/100.
Dále je třeba uvést, že modifikace tvrdého asfaltu gradace 20/30 pryžovým granulátem je v ČR ojedinělá, a to zejména kvůli zpracovatelnosti takto vzniklého asfaltu. Z tohoto důvodu bylo do asfaltu dávkováno jen 13 % pryžového granulátu, namísto obvyklého množství 15 % až 16 %, které se přidává do asfaltů gradace 50/70 či 70/100. Do směsí bylo použito drcené kamenivo z lomu Luleč a R‑materiál frakce 0/22, který byl odebrán ze zastřešené skládky na obalovně v Rajhradicích.
Čáry zrnitosti asfaltových směsí C a D (obrázek 3) byly navrženy s ohledem na požadované intervaly zrnitosti dle TP 151 [4]. Pouze u směsi D je propad na sítu 4 těsně pod minimální požadovanou hodnotou (navrženo 33,1 % oproti požadovanému propadu 34 %). Asfaltová směs D s pojivem CRMB obsahovala 5,9 % asfaltu, což je o procento více než směs C s pojivem PMB 10/40-65. Nutno však zmínit, že do směsí bylo reálně dávkováno o 1,29 % asfaltu méně, což odpovídá množství asfaltu, které je zastoupeno v přidávaném R‑materiálu. Toto množství pojiva bylo navrženo mj. i s ohledem na požadovanou mezerovitost dle TP 151. Obě asfaltové směsi C a D dosáhly téměř identické mezerovitosti, a to 2,85 %, resp. 2,86 %, což je hodnota nacházející se jen nepatrně pod dolní hranicí 3 %, dle TP 151. Nutno však konstatovat, že u směsí AC EME C2, které se používají ve Švýcarsku pro podkladní vrstvy vozovek, je požadována mezerovitost v rozmezí od 1,0 % do 4,0 % [15].
Z výsledků funkčních zkoušek se ukazuje, nejenže navržené směsi splňují požadavky dle TP 151, tj. min. modul tuhosti 9 000 MPa a odolnost vůči únavě ε6 > 125, ale dokonce tyto požadované hodnoty výrazně převyšují. Asfaltová směs D s pojivem CRMB vyhovuje i přísnějším požadavkům kladeným na švýcarské směsi AC EME C2, které jsou určeny do podkladních vrstev vozovek [15]. Pro tyto směsi je požadován minimální modul tuhosti 14 000 MPa a odolnost vůči únavě ε6 > 130. Podařilo se tak navrhnout velmi zajímavé směsi, které díky vyššímu obsahu modifikovaných pojiv dosahují výborné odolnosti vůči únavě.
Směs D dosahuje oproti směsi C nižší odolnosti vůči nízkým teplotám, kdy průměrné porušení mrazovou trhlinou nastalo při −11,6 °C. Ve výpočetním programu LayEps bylo ověřeno, že použití směsi D v podkladní vrstvě konstrukce vozovky D0-N-2-S-PII (skladba s nestmelenou podkladní vrstvou MZK), dle TP 170 [18], by mohlo vést k prodloužení životnost vozovky až o 3,5 roku [17]. Použití směsi D do podkladní vrstvy konstrukce vozovky D0-N-3-S-PII (skladba se stmelenou podkladní vrstvou SC8/10, tl.
Závěr
Je nevyhnutelné, že se v blízké budoucnosti bude nutno při požadavku na zachování stávající silniční sítě ČR orientovat ve větší míře na směsi obsahující R‑materiál. V první části příspěvku byly představeny asfaltové směsi pro obrusné vrstvy, s obsahem 35 % R‑materiálu (dávkovaného za horka). Výsledky těchto směsí poukázaly na jejich velmi dobré vlastnosti, a to i při absenci použití rejuvenátorů. Vzhledem k úspoře finančních prostředků by mohly takovéto asfaltové směsi pro obrusné vrstvy v blízké budoucnosti pomoci správcům komunikací při opravách či rekonstrukcích vozovek nižších tříd. Je však nutná i vyšší preciznost při nakládání s R‑materiálem v souladu s ČSN 73 6141, kterou může dojít i k odstranění méně vhodných vlastností těchto směsí.
To mimo jiné dokazuje například výzkum v sousední spolkové zemi Bádensko‑Württembersko, kdy byly úspěšně použity a schváleny pro použití právě na silnicích nižších tříd obdobné asfaltové směsi pro obrusné vrstvy se 40 %, resp. 47 % R‑materiálu, a to při dosažení ještě lepších výsledků (např. V druhé části příspěvku byly uvedeny asfaltové směsi typu VMT s obsahem 25 % R‑materiálu (dávkovaného za studena) a použitím modifikovaných pojiv. Tyto směsi dosáhly výborných funkčních vlastností, které výrazně převyšují požadavky dané předpisem TP 151. Směs D vyhovuje i náročným požadavkům na směsi pro podkladní vrstvy AC EME 22 C2, dle SN 640-431-1B-NA [15]. Ačkoliv byly představeny 2 zcela odlišné typy směsí, a to ACO 11 a VMT 22, nebylo cílem tyto směsi vzájemně kombinovat v rámci jedné konstrukce vozovky. Tyto směsi mají dozajista zcela odlišné uplatnění.
Zatímco představené asfaltové směsi pro obrusné vrstvy by byly vhodné pro použití do krytů vozovek, zejména pro silnice II. či III. třídy, asfaltové směsi s vysokým modulem tuhosti jsou vhodné pro ložní či podkladní vrstvy vysoce zatížených vozovek. Závěrem nutno dodat, že vlastnosti navržených směsí byly ověřeny zatím jen laboratorně a bylo by vhodné je ověřit dále také „in situ“, např. Část příspěvku zabývající se asfaltovými směsi typu VMT vznikla s podporou projektu FAST-J-18-5654 Asfaltové směsi s vyšší životností za použití R‑materiálu podporovaného VUT v Brně [20]. Poděkování patří také společnosti TOTAL ČESKÁ REPUBLIKA s. r. o., za poskytnutí vzorků asfaltu gradace 70/100 a společnosti Jihomoravská obalovna, s. r. o. Ing. Ing. Ing. doc. Ing.
Použité normy a technické předpisy
- Vyhláška č. 130/2019 Sb. [1]
- ČSN 73 6141 Požadavky na použití R‑materiálu do asfaltových směsí, 2020. Praha: Český normalizační institut. [2]
- ČSN 73 6121 Stavba vozovek - Hutněné asfaltové vrstvy - Provádění a kontrola shody, 2019. Praha: Český normalizační institut. [3]
- Technické podmínky TP 151 Asfaltové směsi s vysokým modulem tuhosti (VMT), 2010. [4]
- Karel Spies Asfaltová směs pro obrusné vrstvy se zvýšeným obsahem R‑materiálu. Brno, 2019. 62 s., 14 s. příl. Bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav pozemních komunikací. Vedoucí práce prof. Ing. [6]
- Bc. Karel Spies Inovativní asfaltové směsi pro obrusné vrstvy s použitím vyššího množství R‑materiálu. Brno, 2020. 81 s., 31 s. příl. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav pozemních komunikací. Vedoucí práce Ing. [7]
- ČSN EN 12697-12. Asfaltové směsi - Zkušební metody - Část 12: Stanovení odolnosti zkušebního tělesa vůči vodě. [8]
- ČSN EN 12697-22. Asfaltové směsi - Zkušební metody - Část 22: Zkouška pojíždění kolem. [9]
- ČSN EN 12697-26. Asfaltové směsi - Zkušební metody - Část 26: Tuhost. [10]
- ČSN EN 12697-24. Asfaltové směsi - Zkušební metody - Část 24: Odolnost vůči únavě. [11]
- ČSN EN 12697-46. Asfaltové směsi - Zkušební metody - Část 46: Nízkoteplotní vlastnosti a tvorba trhlin pomocí jednoosé zkoušky tahem. [12]
- Kudrna J., Šperka P.,...
tags: #asfaltové #vozovky #České #Budějovice #vlastnosti