Dopravní agentury jsou pod tlakem, aby zvýšily finanční návratnost investic do silnic a dálnic, minimalizovaly problémy spojené s údržbou asfaltových vozovek a prodloužily jejich životnost. Funkce asfaltu v silničních směsích je klíčová pro dosažení těchto cílů.
Charakteristika a využití asfaltu
Asfalt patří mezi živice, které se vyskytují v přírodě buď samostatně, nebo ve spojení s jinými látkami, zejména v geologických vrstvách známých jako naftonosné sedimenty. Také se získává z ropy jako zbytkový produkt po vakuové destilaci, přičemž představuje nejhustší složku ropy s nejvyšším bodem varu.
Existují různé druhy asfaltu, včetně přírodního, kamenouhelného, hnědouhelného, dehtového a umělého asfaltu. Asfalt je živičnatá látka skládající se z uhlíku, vodíku, kyslíku a někdy i dusíku. Je rozpustný v diethyletheru, sirouhlíku, terpentýnovém oleji a dehtových olejích. Přírodní asfalt neboli skálová pryskyřice je zařazován mezi horniny, konkrétně do kategorie zemních pryskyřic. Může mít pevný charakter s tvrdostí kamenné soli nebo se vyskytovat v kapalné formě. Je černý nebo černohnědý, má mastný lesk a hustotu v rozmezí 1,1 až 1,2 g/cm³.
Asfalt se hojně využívá ve stavebnictví, především v dopravním stavitelství jako pojivo v asfaltovém betonu pro výstavbu silnic, chodníků a dalších dopravních infrastrukturních prvků. Pro stmelení asfaltových směsí se ve stále větší míře používají polymerem modifikované asfalty.
Vliv hydratovaného vápna na životnost asfaltových vozovek
Silniční agentury a vlastníci silnic často hledají řešení, jak snížit náklady na údržbu, a tím i náklady na životní cyklus. Proto se obvykle zaměřují na kvalitativní parametry, které ovlivňují životnost silnice. Asfalt potřebuje ve směsi jemné částice. Mletý vápenec je neaktivní známý jemný materiál, zatímco hydratované vápno je chemicky aktivní plnivo. Hydratované vápno ve směsi snižuje chemické stárnutí asfaltu.
Čtěte také: Hydroizolace šikmé střechy - montáž
Jak vozovky stárnou, často začínají vznikat mikrotrhliny. Ty se pak spojují a vytvářejí makrotrhliny poškozující vozovku. Hydratované částice vápna omezují vznik trhlin, protože vápno reaguje s prvky v asfaltu a vytváří větší kusy, které jsou schopny lépe zachytit a odklonit mikrotrhliny. Tím se zabrání tomu, aby mikrotrhliny přerostly ve větší trhliny, které přispívají k poruchám vozovky. Severoamerické státní silniční agentury odhadují, že hydratované vápno zvyšuje životnost asfaltových směsí o 20 až 50 %. V Evropě francouzští správci silnic navrhli, že příznivé účinky hydratovaného vápna zvyšují trvanlivost o 25 %, pokud jde o předpokládanou životnost obrusné vrstvy. Tímto konceptem použití hydrátu v asfaltových vrstvách lze snížit uhlíkovou stopu výstavby silnic o 23 %.
Hydrát je multifunkční přísada do asfaltových směsí, která snižuje citlivost na vlhkost a separaci.
Recyklace asfaltových směsí a polymerem modifikované asfalty (PMB)
Do 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. Cílem 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, což je pojivo vhodné pro stmelení asfaltových směsí, které obsahují vyšší množství R-materiálu.
Stárnutí a vlastnosti asfaltových pojiv
Vlastnosti asfaltových vrstev vozovek jsou značně ovlivněny vlastnostmi asfaltového pojiva. Asfaltové pojivo jakožto organický materiál podléhá v průběhu životnosti různým degradačním vlivům. 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. 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. V asfaltové směsi tak vzniká směs pojiva, která je závislá nejen na vlastnostech nově přidávaného čerstvého pojiva, ale i pojiva R-materiálu. 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 typu PMB RC
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.
Čtěte také: Správná hydroizolace šikmé střechy: průvodce
Přístupy k recyklaci v Evropě
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.
Situace v České republice
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. 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 a ČSN 65 7222‑1 a zejména ve změně Z1 normy ČSN 65 7222-1.
Hodnocení vlastností směsných pojiv
Pro znovuzískání zestárlých pojiv byl využit R-materiál obsahující nemodifikované asfaltové pojivo i R-materiál získaný z asfaltové směsi stmelené polymerem modifikovaným asfaltem. Asfaltová pojiva byla z R-materiálů získána extrakcí v průtokové odstředivce podle normy ČSN EN 12697-1 s využitím perchlorethylenu a následnou vakuovou destilací podle normy ČSN EN 13697‑3. 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. Pro přípravu směsí asfaltových pojiv byly vybrány dva R-materiály, přičemž jeden R-materiál obsahoval modifikovaný asfalt a druhý asfalt nemodifikovaný. Jako nové pojivo pro výrobu směsných pojiv bylo použito pojivo PMB 45/80-65 a PMB 45/80 RC rakouského výrobce.
Výsledky laboratorních zkoušek polymerem modifikovaného asfaltu třídy 45/80-65 a polymerem modifikovaného asfaltu třídy 45/80 RC, obsahujících různé množství zestárlého pojiva znovuzískaného z R-materiálu, byly zhodnoceny.
Penetrace jehlou a bod měknutí
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.
Čtěte také: Sádrokartonové podhledy Rigips: Informace a tipy
Z obrázku 1 (původní obrázek v черновику) 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.
Z obrázku 3 (původní obrázek v черновику) 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 (původní obrázek v черновику) 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.
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. 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. To je překvapivý výsledek, neodpovídající údajům z odborné literatury a tento jev by bylo vhodné ověřit dalším výzkumem.
Tabulka 1: Srovnání vlastností polymerem modifikovaných asfaltů
| Typ asfaltu | Hodnota penetrace jehlou (0,1 mm) | Bod měknutí (°C) |
|---|---|---|
| PMB 45/80-65 | 55 | 67,5 |
| PMB 45/80 RC | 70 | 73,2 |
| Pojivo z R-materiálu (nemodifikované) | 28 | 47,8 |
| Pojivo z R-materiálu (modifikované) | 32 | 53,5 |
Penetrační index (Ip)
Z výsledků penetrace jehlou a bodu měknutí byl stanoven penetrační index (Ip), jako indikátor teplotní citlivosti asfaltového pojiva. 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. 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 (původní obrázek v черновику) je patrné, že s rostoucím obsahem pojiva získaného z R-materiálu klesá hodnota penetračního indexu směsi pojiva, což je vidět i v obrázku 6 (původní obrázek v черновику). 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.
S rostoucím obsahem pojiva získaného z R-materiálu klesala hodnota penetračního indexu směsi pojiva. 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.
Vratná duktilita
Výsledky hodnot vratné duktility polymerem modifikovaných asfaltů 45/80-65 a 45/80 RC a směsí pojiv jsou uvedeny v obrázku 7 (původní obrázek v черновику). 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 (původní obrázek v черновику). 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.
S rostoucím obsahem pojiva získaného z R-materiálu rovněž klesala hodnota vratné duktility. 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.
Bod lámavosti
Výsledky hodnot bodu lámavosti polymerem modifikovaných asfaltů 45/80-65 a 45/80 RC a směsí pojiv jsou uvedeny v obrázku 9 (původní obrázek v черновику). 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 (původní obrázek v черновику). 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.
S rostoucím obsahem pojiva získaného z R-materiálu rovněž zhoršovala hodnota 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.
tags: #šikmé #nájezdy #živice #asfalt