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.
Legislativní rámec a klasifikace R-materiálu
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., která definuje, za jakých podmínek přestává být asfaltová směs odpadem, respektive se stává vedlejším produktem.
Znovuzískaná asfaltová směs kvalitativní třídy ZAS-T3 nebo ZAS-T4 se nestává odpadem, ale je vedlejším produktem, pokud se použije v technologii recyklace za studena na místě, a to při použití asfaltového pojiva v podobě asfaltové emulze nebo zpěněného asfaltu samostatně nebo v kombinaci s vhodným hydraulickým pojivem. Při použití znovuzískané asfaltové směsi kvalitativní třídy ZAS-T3 nebo ZAS-T4 v technologii recyklace za studena na místě podle odstavce 1 není vyžadováno kritérium doprovázení údaji.
Pro konkrétní způsob použití celkové množství polyaromatických uhlovodíků ve znovuzískané asfaltové směsi nepřesáhne celkové množství stanovené pro příslušnou kvalitativní třídu znovuzískané asfaltové směsi v tabulce č. 1 přílohy. Znovuzískaná asfaltová směs, s výjimkou znovuzískané asfaltové směsi využívané technologií recyklace na místě, je identifikována a doprovázena údaji stanovenými v příloze. V případě znovuzískané asfaltové směsi z konstrukční vrstvy, která byla prokazatelně vybudována po 1. lednu 2000, nemusí být provedeno vzorkování a zkoušení.
Aby bylo možné považovat znovuzískanou asfaltovou směs za vedlejší produkt, musí být vzorkování a zkoušení provedeno před zahájením stavebních prací, při nichž dochází ke znovuzískání asfaltové směsi, pokud tato vyhláška neumožňuje zařazení znovuzískané asfaltové směsi bez vzorkování.
Čtěte také: Průvodce betonovou směsí
Vzorkování a zkoušení
Vzorkování se provádí v souladu s českou technickou normou ČSN EN 14899 Charakterizace odpadů - Vzorkování odpadů - Zásady přípravy programu vzorkování a jeho použití. Minimální počet odebraných vzorků ve vztahu k diagnostickým průzkumem posuzované, opravované či obnovované ploše stavby, která bude vybourávána, je stanoven v tabulce č. 1 přílohy. Minimální počet odebraných vzorků z již vybourané znovuzískané asfaltové směsi je stanoven v tabulce č. 2 přílohy. Při laboratorních zkouškách musí být dodržen rozsah stanovovaných polyaromatických uhlovodíků uvedených v tabulce č. 2 přílohy.
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.
Inovace a vývoj asfaltových směsí
Díky stále vzrůstajícímu dopravnímu zatížení v posledních desetiletích se zvýšily i požadavky na namáhání, která musí jednotlivé asfaltové vrstvy na silničních komunikacích vydržet bez poškození. Jednu ze zásadních funkcí ve stavbě vozovky přebírá v této souvislosti asfaltová ložní vrstva. V posledních dekádách je možné sledovat vývoj řady konceptů asfaltových ložních vrstev a jejich přizpůsobení příslušným rámcovým podmínkám - vyšší intenzitě dopravy, vyššímu rozložení zatížení. Trendy směřují k vyšší odolnosti směsí proti mechanickým deformacím, což znamená zejména odvádění zátěže od zrna k zrnu kamenné kostry. Tato odolnost byla mnohokrát řešena zvýšením podílu hrubozrnného kameniva nebo použitím tvrdších druhů asfaltových pojiv.
Asfaltové ložní směsi SMA B S
V rámci konceptu tzv. nízkoúdržbových krytů vozovek jsou v otázce recyklace nejdále kolegové z Německa. Tam se technologie pokročilých ložních vrstev dlouhá léta běžně používá pro dálnice a rychlostní silnice. Na základě již uskutečněných akcí mohla Inženýrská společnost PTM Dortmund provést širší vyhodnocení: „Asfaltové ložní směsi SMA B S jsou nastaveny dle standardních principů SMA s přerušenou čárou zrnitosti. Díky zvýšenému podílu hrubého kameniva vzniká samonosná směs, u níž jsou dutiny z převážné části vyplněny mastixovým asfaltem. V porovnání s asfaltovou ložní směsí ZTV/TL vykazuje směs ložní vrstvy SMA vyšší obsah pojiva, až o 1 % více, a vyšší obsah plniva. Aby mohly být dutiny homogenně a trvale vyplněny hmotou, je nutné použití nosiče pojiva - celulózového vlákna v množství větším než 0,2 % hmotnosti směsi. Kombinace plniva, asfaltu a nosiče vede v porovnání se standartními asfaltovými směsmi ke zvýšené mastixové fázi a tlustším filmům pojiva.“
V České republice byl koncept směsi SMA v ložních vrstvách ověřen například v roce 2017 v rámci programu SFDI na zatíženém úseku silnice II/236 (Kačice-Smečno) v délce 1 500 m. Komunikace slouží jako spojka mezi dálnicemi D6 a D7, respektive silnicí I/7, a je často využívána těžkou nákladní dopravou. Zkušební úsek byl rozdělen na 6 sekcí o jednotné délce 250 m. Položeny byly dva zkušební druhy SMA L 22 S při využití až 40 % recyklátu. Podle dosavadních prezentovaných výsledků byla prokázána vyšší odolnost vůči tvorbě trvalých deformací, což znamená vyšší životnost a trvanlivost zkušebního úseku.
Čtěte také: Vlastnosti asfaltových pásů
Použití průmyslových polymerů - PVB
Druhou oblastí, která byla již poměrně ve větším měřítku prozkoumána, je použití některých průmyslových polymerů. Jedním z příkladů je PVB (polyvinyl butyral), polymer používaný ve fóliích bezpečnostních skel. Ve většině případů je zpětná recyklace a využitelnost velmi nízká a nepředstavitelně náročná, hlavně díky kontaminaci skel. V rámci původní spolupráce mezi firmou CIUR a DuPont se podařilo nalézt zpracovatelské řešení umožňující tento polymer využít jako částečnou náhradu pojiv (bezpečně dle dosavadních zkušeností až do 30 % obsahu referenčního pojiva ve směsi) a zároveň jako přísadu zlepšující určité parametry. Přínosem finální přísady je zvýšená odolnost asfaltových směsí proti tvorbě trvalých deformací. Využití je zaměřeno především na ložní vrstvu, která je z velké části právě příčinou vzniku „vyjetých kolejí“. V této konstrukční vrstvě je v letních měsících extrémně vysoká teplota a směs při použití nemodifikovaných pojiv ztrácí svou tuhost. U směsí s obsahem přidaného PVB byla zjištěna vyšší životnost ve srovnání s obdobnými úpravami s pojivy 50/70.
Zkušební úseky s přísadou Butacite (PVB) jsou kontinuálně prováděny cca od roku 2009. Celkem bylo na území České republiky zatím provedeno na různě zatížených komunikacích 9 zkušebních úseků. Všechny úseky jsou průběžně monitorovány a zatím u nich nebyly po cca 10 letech shledány zásadní problémy. Nejvýznamnější z nich je zkušební úsek v obci Rudná, který leží u Prahy v bezprostřední blízkosti dálnice D5. Pokládka byla realizována v roce 2015 na Masarykově třídě (silnice II/605). Úsek má celkovou délku 3 900 m a je rozdělen na několik částí podle množství dávkované přísady, která byla dávkovaná především do ložních konstrukčních vrstev. Silnice funguje jako bypass pro dálnici D5 a je často zatěžována těžkou nákladní dopravou.
Objemová hmotnost jako jedna ze základních charakteristik asfaltových směsí byla stanovena dle ČSN EN 12697-6+A1 (736160) Asfaltové směsi - Zkušební metody pro asfaltové směsi za horka - Část 6: Stanovení objemové hmotnosti asfaltového zkušebního tělesa. Stanovené moduly tuhosti předmětné směsi ACL 16 byly měřeny na zkušebních tělesech válcového tvaru dle ČSN EN 12697-26 metodou C, tedy opakovaným namáháním v příčném tahu při různých teplotách (0 ˚C, 15 ˚C, 27 ˚C). Díky získaným hodnotám je možné odvodit schopnost vzorku odolávat účinkům zatížení při různých podmínkách. Určující jsou pro posouzení deformačního chování hodnoty změřené při teplotě 15 ˚C. Hodnota teplotní citlivosti ukazuje na poměrně stálé chování. K určení dalšího předpokládaného chování směsi při nízkých teplotách byla provedena zkouška stanovení odolnosti směsi proti šíření trhliny na půlválcovém zkušebním tělese s vytvořenou drážkou 10 x 0,9 mm dle ČSN EN 12697-44. Jako zkušební byla stanovena teplota 0 oC.
PET vlákno jako výztuž
V ložních vrstvách, u nichž je požadována dlouhá životnost i při vyšších intenzitách zatížení, se osvědčilo speciálně upravené PET (polyethylentereftalát) vlákno získané zpětnou recyklací z použitých odpadních surovin (převážně PET lahví). Vlákno je podle dosavadních zkušeností vhodné do asfaltových směsí (především typu AC) jako vysoce stabilní rozptýlená výztuž. Ve směsi přísada především vylepšuje odolnost proti trvalým deformacím. Jako optimální se ukazuje dávkování od 0,5 kg do 2 kg na tunu asfaltové směsi. Nejlepších hodnot je dle zkušeností dosaženo v horní hranici, tedy v množství 2 kg na tunu směsi. Vlákno lze vkládat přímo do míchacího zařízení obalovny asfaltových směsí. V současnosti se intenzivně ověřují aplikace v množství desítek tun v zahraničí pod obchodním názvem Namflex.
Výzkum asfaltových směsí s vysokým obsahem R-materiálu
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: Asfaltové holuby: Pravidla a tipy
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. Výsledky provedených zkoušek na směsích pro obrusné vrstvy byly posouzeny dle požadavků na směs ACO 11, respektive ACO 11+, dle normy ČSN 73 6121.
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. 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 %.
Aktuální a plánované limity R-materiálu
V ČR je dle současných předpisů povoleno přidávat do asfaltových směsí pro obrusné vrstvy 25 % R‑materiálu v případě směsi ACO 11, respektive 15 % v případě směsi ACO 11+. Do budoucna je plánováno zvýšení maximálního povoleného množství R‑materiálu pro směsi ACO 11, a to na množství 35 %.
Směsi s vysokým modulem tuhosti VMT se dle TP 151 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. třídy). Do směsí VMT lze dle [4] přidávat maximálně 30 % R‑materiálu v případě použití pro ložní vrstvy, respektive 25 % R‑materiálu v případě použití pro podkladní vrstvy vozovky.
Množství 35 % R‑materiálu je maximálním povoleným množstvím pro směsi ACO 11 v plánované revizi normy ČSN 73 6121. 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. 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, respektive ACO 11+.
Experimentální výsledky a ekonomické aspekty
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. 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+. Tato cena je však proměnlivá a odvíjí se mimo jiné 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.
V tabulce jsou shrnuty vlastnosti směsí ACO 11.
| Vlastnost | Směs A (s CRMB) | Směs B (nemodifikovaná) | Požadavek ACO 11+ |
|---|---|---|---|
| Obsah asfaltu (%) | 7,0 | 5,8 | - |
| Obsah pojiva z R-materiálu (%) | 1,96 | 1,96 | - |
| Modul tuhosti (MPa) | Vyhovuje | Vyhovuje | Minimální hodnota |
| Odolnost proti deformacím | Velmi dobrá | Dobrá | - |
| Křehkost směsi | Potřeba ověřit | Potřeba ověřit | - |
| Ekonomická výhodnost | Nižší | Vyšší | - |
Asfaltové směsi s vysokým modulem tuhosti (VMT)
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“, který se zabýval problematikou švýcarských asfaltových směsí typu AC EME. 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. 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). 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.
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 byly navrženy s ohledem na požadované intervaly zrnitosti dle TP 151. 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 %, respektive 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 %.
V tabulce jsou shrnuty vlastnosti směsí VMT.
| Vlastnost | Směs C (PMB 10/40-65) | Směs D (CRMB) | Požadavek TP 151 (VMT) | Požadavek AC EME C2 (Švýcarsko) |
|---|---|---|---|---|
| Obsah asfaltu (%) | 4,9 | 5,9 | - | - |
| Mezerovitost (%) | 2,85 | 2,86 | 3-5 | 1-4 |
| Modul tuhosti (MPa) | > 9 000 | > 9 000 | Min. 9 000 | Min. 14 000 |
| Odolnost vůči únavě ε6 | > 125 | > 125 | > 125 | > 130 |
| Odolnost vůči nízkým teplotám | Velmi dobrá | Průměrné porušení při -11,6 °C | - | - |
Z výsledků funkčních zkoušek se ukazuje, nejenže navržené směsi splňují požadavky dle TP 151, tj. minimální 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. 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, by mohlo vést k prodloužení životnost vozovky až o 3,5 roku. Použití směsi D do podkladní vrstvy konstrukce vozovky D0-N-3-S-PII (skladba se stmelenou podkladní vrstvou SC8/10, tl. 200 mm) by mohlo vést k prodloužení životnosti vozovky až o 8,5 roku.
tags: #7 #asfaltové #směsi #informace