Asfalty jsou tmavé plastické až tuhé podíly z ropy koloidního charakteru. Obsahují zejména asfaltény, ropné pryskyřice a nejtěžší ropné olejové podíly.
Získávání a úprava asfaltů
Asfalty se mohou získávat v průběhu krakovacích procesů (krakovací asfalty) nebo extrakčních procesů (např. propanové asfalty). Nicméně nejčastějším způsobem získávání ropných asfaltů je pomocí fyzikální rafinace ropy, jejíž základní operací je dvoufázová destilace. První fází je tzv. atmosférická destilace, která je následovaná destilací vakuovou. Výsledkem tohoto procesu je tzv. asfalt primární.
Vlastnosti získaných primárních asfaltů je možné dále upravovat navazujícími procesy, jako je oxidace, při níž vzniká asfalt oxidovaný (polofoukaný), nebo tzv. extrakce vakuového zbytku, kdy vzniká asfalt extrahovaný. Dalšími modifikacemi těchto asfaltů je úprava pomocí polymerů nebo emulgováním.
Důležité vlastnosti asfaltů
U asfaltů se sledují zejména reologické vlastnosti - asfalty se nesmí lámat při nízké teplotě a trvalá deformace při vyšších teplotách nebo dlouhodobém zatížení musí být malá. Dalšími důležitými vlastnostmi asfaltů jsou fyzikálně chemické vlastnosti, chemické složení a povrchové vlastnosti, zejména přilnavost asfaltu ke kamenivu. Mezi nejdůležitější sledované vlastnosti asfaltů patří bod lámavosti a bod měknutí.
- Bod lámavosti je stav, kdy asfalt přestává být termoplastický a při ohybu vznikají trhlinky - asfalt se láme.
Hlavním uplatněním asfaltů je výstavba a údržba netuhých asfaltových vozovek. Vlastnosti asfaltů používaných v silničním stavitelství a údržbě jsou definované Českou technickou normou ČSN EN 12591.
Čtěte také: Použití šamotových cihel v praxi
Polymerem modifikované asfalty a recyklace R-materiálu
Pro stmelení asfaltových směsí se ve stále větší míře používají polymerem modifikované asfalty (PMB). 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.
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 nemusí 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.
PMB RC - speciální modifikované asfalty
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: Použití bílého cementu v praxi
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.
Experimentální zhodnocení vlastností směsných pojiv s R-materiálem
Byl zkoumán vliv přidání různého množství zestárlého pojiva znovuzískaného z R‑materiálu na změnu vlastností běžného polymerem modifikovaného asfaltu třídy 45/80-65 a polymerem modifikovaného asfaltu typu RC (45/80 RC). Pro znovuzískání zestárlých pojiv byl využit R‑materiál obsahující nemodifikované asfaltové pojivo i R‑materiál získaný z asfaltové směsi, obsahující PMB.
Čtěte také: Použití červeného sádrokartonu
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.
Jako nové pojivo pro výrobu směsných pojiv bylo použito pojivo PMB 45/80-65 a PMB 45/80 RC rakouského výrobce. Bylo zjištěno, 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, přičemž mírně vyšší penetraci dosahuje pojivo získané z R‑materiálu, obsahujícího modifikované pojivo.
Změny klíčových vlastností
- Penetrace jehlou: 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.
- Bod měknutí: Hodnota bodu měknutí pojiva získaného z R‑materiálu obsahujícího modifikovaný asfalt je o 5,7 °C vyšší než bod měknutí pojiva získaného z R‑materiálu, obsahujícího nemodifikovaný silniční asfalt. 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. Překvapivé bylo, že se hodnoty bodu měknutí směsí pojiv 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.
- Penetrační index (Ip): Penetrační index je indikátorem teplotní citlivosti asfaltového pojiva a lze pomocí něj asfalty obecně rozdělit na multigrádové a oxidované (kladný Ip) a silniční a destilační (záporný Ip). S růstem penetračního indexu přechází asfalt ze „sol“ typu na „sol‑gel“ typ a obecně má asfalt s vyšším penetračním indexem 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. S rostoucím obsahem pojiva získaného z R‑materiálu klesá hodnota penetračního indexu směsi pojiva. Nejvyšších hodnot penetračního indexu 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: 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. 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: 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). 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.
Závěrečné poznatky z experimentů
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. Tento jev by bylo vhodné ověřit dalším výzkumem.
tags: #vlastnosti #silnicnich #asfaltu #přehled