Modifikovaný asfalt je speciálně upravené asfaltové pojivo, do kterého jsou přidány příměsi zlepšující jeho vlastnosti, například pružnost, odolnost proti stárnutí nebo trhlinám. Oproti běžnému silničnímu asfaltu lépe snáší velké teplotní výkyvy, vyšší dopravní zatížení i zatížení brzděním a zatáčením. Základem je klasické bitumenové pojivo vzniklé při zpracování ropy. Do něj se přidávají modifikační přísady, často polymery, pryž nebo jiné látky, které mění chování pojiva při nízkých i vysokých teplotách.
Pod označením modifikovaný asfalt se skrývá více druhů pojiv, která se liší typem a množstvím přísad. V praxi se používají hlavně polymerem modifikované asfalty, kde jsou v pojivu jemně rozptýlené řetězce plastických látek. Setkat se můžeme i s pojivy, kde je součástí recyklovaná pryž, například z pneumatik. Takové pryžem modifikované pojivo pomáhá zlepšovat tlumení hluku a pružnost směsi. Úpravu modifikací je třeba rozlišovat od tradičních postupů s použitím plniv, mísením s jinými typy asfaltů, oxidací, emulgací a podobně. Při modifikaci přidávané látky, obvykle polymery, zasahují přímo do podstaty asfaltů. Je to umožněno zcela unikátním složením asfaltů vytvářených přírodou milióny let. Přesto, že obsahují nesčetně navzájem se ovlivňujících organických látek, jejich koloidní charakter je relativně stabilní. Nejčastěji se u asfaltů upravuje vztah mezi teplotou a mechanickými vlastnostmi. Podstatná vlastnost termoplastů, ztekucení zahřátím, sice usnadňuje řadu způsobů aplikace nebo dopravy, ale v hotovém díle je spíše na obtíž. Současně vadí většinou také nadměrná křehkost za chladu. Modifikací je možné do jisté míry takové vlastnosti ovlivnit. Dvě hlavní oblasti použití asfaltů jsou stavba asfaltových vozovek a ochrana staveb proti vodě. Obě oblasti využívají v současné době úpravy asfaltů modifikací, ale s použitím různých modifikátorů s různým účinkem na užitné vlastnosti.
Typické použití a výhody modifikovaných asfaltů
Typické použití modifikovaných asfaltů je v místech, kde je povrch silně namáhaný dopravou. Na dálnicích, kruhových objezdech, křižovatkách nebo autobusových zastávkách se od asfaltobetonové směsi očekává vysoká odolnost proti deformacím. Významná je role modifikovaných asfaltů také v mostních vozovkách, kde povrch musí zvládat pohyby konstrukce, změny teplot i vlhkost. Hlavní výhodou je větší pružnost a odolnost. Modifikované asfaltové pojivo lépe přenáší namáhání, takže se v povrchu tvoří méně trhlin a výtluků. Díky tomu má modifikovaná asfaltová vozovka delší životnost a není potřeba tak častá obnova. Ve finále to znamená méně uzavírek, menší nároky na údržbu a nižší celkové náklady během životního cyklu komunikace nebo střechy.
Nevýhody a úskalí
Za lepšími vlastnostmi stojí složitější výroba i vyšší cena modifikovaného pojiva. Modifikovaný asfalt je citlivější na správné technologické postupy při výrobě a pokládce, a pokud se směs nevyrobí nebo neuloží správně, nemusí se očekávané výhody projevit. Nevýhodou může být také náročnější recyklace asfaltu, protože přítomnost polymerů a přísad komplikuje návrat materiálu do nových směsí. Úspěch použití modifikovaného asfaltu závisí na dobrém projektovém návrhu i provedení na stavbě. Projektant volí typ asfaltové směsi podle zatížení, klimatických podmínek a podkladní konstrukce. Samotná pokládka vyžaduje pečlivě připravený podklad, kvalitní asfaltový finišer a správné hutnění asfaltu válci.
Asfalty vysoce modifikované polymery (HiMA)
Koncepce vozovek s velmi dlouhou životností, označovaných jako „věčné“ vozovky, se objevila v Evropě a USA před deseti lety. Tyto vozovky mají trvanlivost více než 50 let, bez nutnosti rekonstrukce a vyžadují pouze periodickou údržbu obrusné vrstvy, hlavně pro obnovení povrchových vlastností. Klíčem k dosažení tak vysoké životnosti je dobrá odolnost asfaltových vrstev proti únavě. K únavě asfaltových směsí dochází, když je asfaltová vrstva vozovky vystavena opakovaným namáháním v tahu za ohybu od přejezdů těžkých vozidel. Klíčovými parametry u směsi je obsah pojiva a mezerovitost vrstvy po zhutnění. Je známo, že použití asfaltu modifikovaného polymery zlepšuje odolnost proti únavě.
Čtěte také: Asfaltové pásy pro vrchní vrstvy
Vývoj ORBITON HiMA
Výzkumné a vývojové oddělení ORLEN Asfalt provedlo v letech 2010 až 2013 výzkumné práce na vývoji nové skupiny asfaltů modifikovaných polymery nazvaných ORBITON HiMA. Cílem bylo přidávat do pojiva významně větší obsah speciálního elastomerického polymeru pro dosažení zvláštních vlastností asfaltových směsí: velmi vysoká odolnost proti trvalým deformacím, proti únavě a vzniku trhlin. Pro dosažení těchto vlastností asfaltových vrstev vozovky je použit vyšší obsah polymeru, kterým se obrátí objemový podíl polymerové a asfaltové fáze (způsobený expanzí polymeru v asfaltu). Spojitá polymerová síť v pojivu a asfaltové směsi působí jako poddajná „výztuž“, která významně omezuje šíření trhlin v asfaltové vrstvě. Proto je možné očekávat velmi dobrou odolnost proti únavě.
Únavové zkoušky HiMA
Únavovými zkouškami provedenými na Technické univerzitě v Gdaňsku metodou 4PB‑PR bylo zjištěno, že asfaltový beton s ORBITON HiMA má nadprůměrnou odolnost proti únavě. Výsledky výzkumů realizovaných ve výzkumných centrech v Polsku ukázaly, že odolnost proti únavě směsi AC16 s ORBITON HiMA je mimořádně vysoká. Asfaltová podkladní vrstva může bezpečně přenášet mnohem větší přetvoření než dosud, bez snížení doby životnosti vozovky. To bylo potvrzeno výsledky zkoušek v USA na zkušební dráze NCAT. Z hlediska únosnosti vozovky mají směsi HiMA velký stupeň tolerance vůči zvýšení tahového přetvoření při opakovaném zatěžování. Proto potenciálně umožňují snížit tloušťky asfaltových vozovek. U obvyklých asfaltových vozovek, kde je přetvoření v asfaltové podkladní vrstvě většinou v mezích 80 με až 50 με, použití ORBITON HiMA do této vrstvy změní vozovku na „věčnou“, tj. podkladní vrstvy s velmi vysokou odolností proti únavě. Tento nový typ pojiva, uvedený na trh ORLEN Asfalt v roce 2014, nabízí investorům a uživatelům silnic spolehlivé řešení pro vzrůstající nároky na vozovky.
Pryžem modifikovaný asfalt (CRmB, Asphalt Rubber)
Použití asfaltu modifikovaného pryžovým granulátem (CRmB, Asphalt Rubber) při pokládkách krytových a podkladních vrstev vozovek se datuje od 60. let minulého století, kdy Charles H. McDonald použil technologii výroby Asphalt Rubber poprvé na vysprávku výtluků v USA. Po celé řadě neúspěšných pokusů a omylů se tato technologie ve Spojených státech ujala a v dnešní době se také začíná čím dál více používat i na výstavbách silničních komunikací v Česku, kde výrobu CRmB realizuje společnost Asphalt Rubber Technologies, s. r. o. Modifikovaný asfalt se vyrábí smícháním silničního asfaltu a pryžového granulátu z ojetých pneumatik zrnitosti od 1 mm až do 1,4 mm se silničním asfaltem ve speciálním míchacím zařízení (na výrobu 1 tuny CRmB se spotřebuje asi 50 pneumatik z osobních aut). Nabobtnalý pryžový granulát asfalt zahustí (zvýší jeho viskozitu) a modifikuje. Pojivo tak získá pružnost, nízkou citlivost vůči vysokým a nízkým teplotám a vysokou odolnost proti stárnutí a únavě. Pojivo lze použít zejména tam, kde silniční asfalty nemohou odolat účinkům současných změn počasí a dopravnímu zatížení. Svoje místo nachází gumoasfalt hlavně v hustě zalidněných lokalitách, neboť snižuje hlučnost při odvalování pneumatik po povrchu až o 9 dB.
Historie výzkumu v ČR
Uvedeným problémem se tuzemská pracoviště zabývají již dlouho, v širším měřítku déle než 20 let paralelně s výzkumem v USA a Evropě. Mezi vedoucí pracoviště v ČR patří hlavně brněnská VUT, Fakulta stavební, VŠ ve Zlíně a Pardubická rafinerie minerálních olejů. Do širšího povědomí začaly nové informace pronikat někdy po roce 2011. Ani náš výzkum ve velmi omezených možnostech plánovaného hospodářství zcela nezaspal a s mletou pryží experimentoval již v roce 1954. Již tenkrát, v době, kdy syntetické elastomery byly ještě v počátcích, se nabízela zdánlivě jednoduchá možnost kombinace asfaltu s elastickým odpadem z pláště ojetých pneumatik. Několik let kolem roku 1954 probíhaly v laboratořích n. p. Posista, později Stavby silnic a železnic, zkoušky s přidáváním drcené gumy do betonových směsí a současně v druhé silniční laboratoři pro asfaltové vozovky i kombinace s asfalty. V betonových směsích nebyly příměsi vylepšením. Zaměřili jsme se proto na možnosti vylepšení zálivek pro spáry betonových vozovek. Při přípravě různých směsí při teplotách kolem 200 °C jsme nečekaně zjistili, že po delším zahřívání dochází spíše ke změkčování směsi. Tušili jsme, že zahřívání několik hodin při teplotách kolem 200 °C asi naruší vulkanizační vazby pryže a vzniká měkčí směs asfaltu s gumou. Pro podrobné zkoumání však nebyl prostor. Čistě empiricky jsme soudili, že se hmota stala, možná jen zdánlivě a na omezenou dobu, elastičtější, možná i lepivější. Došlo dokonce i na několik zkušebních realizací zálivek připravených na místě, a to použití u spár betonové vozovky silnice mezi Rabyní a Slapskou přehradou, o rok později u spár betonu startovací dráhy na letišti Ostrava-Mošnov. Zdá se však, že současné technologie přípravy CRmB, ev. podobných směsí, v podstatě vycházejí z obdobných poznatků, které ovšem u nás v roce 1954 byly zatím jen v počátcích. K podobným zkušenostem však došel ve stejné době v Německu i dr. Vývoj zálivek později převzal n. p. Paramo v Pardubicích, kde dokonce dospěl až do provozní výroby asfaltové zálivky s gumou s vlastní podnikovou normou pro tzv. AZG. Klasické technologie stavby vozovek dlouho musely vystačit hlavně s několika jejich gradacemi. Provozní zatížení se však stále zvyšuje a nároky stoupají. Proto se hledala řešení. Mezi nimi se z různých příčin v mnoha zemích rozšířila technologie, která vidí budoucnost v modifikaci asfaltu pro silnice upraveným pryžovým granulátem. Proč je dnes třeba asfalty vylepšovat, diskutovali například odborníci na semináři v Münsteru v únoru 2013, kde uváděli řadu důvodů. Mluvili o trvanlivosti vozovek, které jsou silně zatěžovány a jejich trvanlivost se vlivem miliónů vozidel, které po nich jezdí, značně zkracuje.
Hodnocení CRmB v ČR
Článek, který vzbudil zájem o problém, jejž jsem již delší dobu přestal sledovat, vyšel v časopisu Materiály pro stavbu. Jsou v něm shrnuty některé již obecně známé principy přípravy hmoty a zkušenosti ze světa, hlavně však pojednává o zkušebních úsecích realizovaných v ČR a jejich zkoušení a úspěšnosti při působení CRmB na tlumení hluku kol na asfaltových vozovkách. U zkušebních úseků uvádí hodnoty naměřených hladin hlučnosti, pro měření zmiňuje jen metodu CPX podle ISO/CD 11819-2. Podle jiných pramenů (Ryšavý) na úseku u Zádveřic byla použita i metoda SPB s měřením ve vzdálenosti 7,5 m. Disertační práce O. Daška, která předcházela jmenovanému článku, byla spíše o zvýšení kvality vozovek a působení granulátu. Širší veřejnost mohla zaujmout i zpráva z ČT Brno z 3. února 2015, zaměřená k populárnější stránce problému, cituji: „Tišší provoz na Vsetínsku zajistí speciální gumoasfalt. Celkem čtyři kilometry silnice na trase ze Zlína do Vsetína dostaly nový povrch. Úsek mezi Liptálem a Ústím u Vsetína pokryl speciální asfalt, který zaručí mnohem nižší hluk. V asfaltové směsi jsou totiž rozdrolené pneumatiky.“
Čtěte také: Faktory ovlivňující životnost asfaltu
Z údajů o měření stěží vyčteme parametry, které by bylo možné případně využít pro jinou oblast modifikací. Laboratorní výzkum je ovšem jen začátek. Velký počet již postavených úseků v mnoha zemích má však jen málo srovnatelných metod hodnocení. O tom častěji mluví i zahraniční odborníci. Také hodnocení zkušebních úseků v ČR je dost přibližné, tabulka 4 rozlišuje v hodnocení 32. úseků jen čtyři stupně kvality. Hlučnost se měří většinou za letních podmínek, některé firmy naopak se zbytečně rozptylují sledováním málo účinných faktorů, jako jsou vlivy dezénu a druhu pneumatik. Ani konference Asfaltové vozovky 2009 nepřijímala CRmB bez výhrad. Uváděla se malá stabilita pojiva, nutnost mísení, nejasná životnost. Někdy se vnucuje myšlenka, jestli není tak propagovaná výhodnost tlumení hluku spíše sama o sobě důsledkem dobře „nafouknutých bublin“. Nepodceňuje se trochu důsledek tlaků různých organizací na to, aby se za účelem „tlumení hluku“ konečně našel nějaký způsob likvidace obrovských skládek pneumatik? A nepřeceňuje se skutečný význam zrn gumy na tlumení hluku? Plitz s odvoláním na mínění znalců soudí, že na útlumu např. 4 dB se guma podílí asi 0,5 až 1 dB.
Důležité typy asfaltů a jejich vlastnosti
Všechny asfalty nejsou stejné. Existuje několik druhů asfaltu a používají se podle potřeby, jako je objem provozu, který musí podporovat, klima oblasti, podmínky stability terénu a další proměnné, jako je životnost, náklady atd. El Asfalt je podmínkou několika faktorů, mezi které patří opotřebení pneumatik a také přilnavost, takže je to bezpečnostní problém. Dlažba pro současné silnice nepoužívá dehet, což je látka získávaná destilací uhlí, tedy minerálního uhlí. Používal se v minulosti, ale vzhledem k jeho toxicitě díky směsi polycyklických aromatických uhlovodíků se již nepoužíval, kromě toho, že byl karcinogenní, byl méně odolný. V současné době je nahrazen asfaltem nebo asfaltem, který dává jméno samotné vozovce. Tento bitumen se získává jako zbytek z destilace ropy a je to také složitá směs uhlovodíků, ale méně toxická a s lepšími vlastnostmi. Tento bitumen působí jako pojivo, váže kamenivo, jako je štěrk, písek atd., a vytváří tak asfalty s hrubou texturou, které všichni známe.
Následující tabulka shrnuje vybrané typy asfaltů a jejich klíčové vlastnosti:
| Typ asfaltu | Popis a klíčové vlastnosti |
|---|---|
| Asfalt s čistým bitumenem | Směs bitumenu s různými druhy kameniva (štěrk, písek atd.). Tloušťka zrna se mění podle potřeby. |
| Modifikovaný asfalt | Získává se přidáním polymerů nebo přísad do základního asfaltu pro zlepšení jeho vlastností (trvanlivost, odolnost proti praskání, pružnost). Umožňuje recyklaci pneumatik. |
| Recyklovaný asfalt | Získává se ze starých chodníků. |
| Porézní asfalt | Obsahuje dutiny ve své struktuře, což umožňuje lepší odvod vody a snižuje riziko aquaplaningu. Lepší přilnavost. |
| Měkký asfalt (základní) | Směs bohatší na bitumen nebo s přidanými polymery, ideální pro extrémní klima. Používá se pro rychlé opravy trhlin. |
| Pigmentovaný asfalt | Asfalt s pigmenty, které ho obarví a pohlcují méně tepla, což pomáhá snižovat letní teploty ve městech. |
| Živičný asfalt | Směs kameniva (štěrk, písek, minerální prach) s tekutými bitumeny nebo asfaltovými emulzemi. Odolná silnému provozu, trvanlivá, pro podkladové i povrchové vrstvy. |
| SMA (Kamenný mastixový asfalt) | Směs jemného kameniva a modifikovaného asfaltu ve vyšším podílu než bitumen. Velká odolnost proti praskání díky větší pružnosti, dobrý pro oblasti s nestabilním terénem. |
| BBTM (Asfaltový beton pro velmi tenké vrstvy) | Směs s jemným kamenivem a modifikovaným asfaltem, určená pro velmi tenké vrstvy. Dobrá přilnavost a odolnost proti deformaci. |
| AUTL (Asfalt pro ultratenké vrstvy) | Směs jemného kameniva a modifikovaného asfaltu pro extrémně tenké vrstvy. Velmi vysoká přilnavost a dobrá odolnost vůči provozu. |
| Asfalt Prososus (PA) | Směs modifikovaného asfaltu a jemného kameniva s nízkým podílem bitumenu. Dobrá odolnost proti praskání, trvanlivý, odolává provozu. |
| MA (Mastic Asphalt) | Směs bitumenu, modifikovaného asfaltu a jemného kameniva v různých poměrech. Skvělá přilnavost, dobrá odolnost vůči vodě, obtížným klimatickým podmínkám a lehčímu provozu. |
| HRA (Za tepla válcovaný asfalt) | Směs hrubého a jemného kameniva s tekutým bitumenem. Vysoká odolnost proti silnému provozu, pro základní i povrchové nátěry. |
| Měkký asfalt (modifikovaný) | Polymerně modifikovaný asfalt smíchaný s jemným kamenivem. Velká elasticita, odolnost proti únavovému praskání, dobrý pro oblasti s velmi nízkými teplotami. |
Vzhled a barva asfaltu
Vzhled a barva asfaltu o nich může mnoho prozradit. Šedší mohou mít například nižší množství bitumenu, zatímco tmavší mají větší množství. Když je asfalt tmavší, také absorbuje více tepla ze záření, které přichází ze slunce, takže teplota těchto asfaltů bude vyšší. Na druhou stranu světlejší nebo šedivé asfalty nebudou tolik pohlcovat slunce, což bude znamenat nižší teplotu ve srovnání s tmavšími. Tmavý asfalt se však v noci také rychleji ochlazuje, takže pokud teplota klesne příliš nízko, mohly přispět k posunu ledových plátů. Poréznější asfalty naopak lépe absorbují vodu před deštěm nebo jinými kapalinami, které se mohou rozlít. Díky tomu získáte lepší přilnavost a zabráníte aquaplaningu. Pneumatiky nejvíce opotřebovává asfalt s ostrým kamenivem bez ohledu na jeho tloušťku, nebo také porézní či otevřený asfalt.
Čtěte také: Použití SBS modifikovaných pásů
tags: #modifikovane #asfalt #beton #porovnání