Recyklace vozovek za studena: Technologie, materiály a aplikace

Oblast technologií a pracovních postupů recyklace vozovek představuje nejen jedno z aktuálně poměrně často diskutovaných témat, nýbrž současně se stává nezbytností moderního silničního stavitelství. Důvodem není pouze úsilí a směřování evropské legislativy a celková strategie bezodpadové společnosti s definovanými kritérii konce odpadu (tzn. End-of-Waste Criteria), nýbrž i postupně chápaná nutnost nabízející efektivní vícenásobné využití přírodních surovin při současném snižování energetické náročnosti a zlepšování užitných vlastností vozovek. Tyto trendy se postupně pravděpodobně budou prosazovat i v alternativách zadávání veřejných zakázek, které v současnosti je známo pod označením „Green Public Procurement“.

Recyklace za studena je soubor technologií, které ať už s použitím dalších komponent, či bez nich, využívají pro vytvoření konstrukční vrstvy vozovky recyklované kamenivo. V závislosti na vstupních materiálech a použitém pojivu je pak výsledná vrstva pozemní komunikace nestmelená, nebo stmelená. V případě nestmelených vrstev je recyklovaná vrstva parametry srovnatelná, jako by byla tvořena ŠD, nebo MZK, v případě stmelených vrstev pak jako SC, SH, SC C3/4 a to v závislosti na správném návrhu vrstvy a stanovené receptuře.

Jako pojivo do stmelených vrstev je používán nejčastěji cement v kombinaci s asfaltovou emulzí, nebo pěnoasfaltem. Tato pojiva jsou zapravena do recyklované vrstvy pomocí recykléru, přičemž dávkování asfaltového pojiva a záměsové vody je řízeno počítačem v závislosti na pojezdové rychlosti stroje.

Historie a vývoj recyklace vozovek

Recyklaci vozovek je v ČR pozornost věnována postupně od druhé poloviny osmdesátých let, kdy se začaly uplatňovat první výkonné silniční frézy a byly realizovány první úseky, u kterých vznikal frézovaný materiál. V zahraničí je samozřejmě technologie recyklace vozovek starší. Rozvoj recyklace za horka v Německu a ve Francii lze datovat sedmdesátými lety minulého století, technologie recyklace za studena, respektive principy využití obalení kameniva vhodným pojivem na bázi asfaltu bez potřeby jeho obvyklého ohřevu, jsou známé již z počátku šedesátých let minulého století.

Vrátíme-li se k problematice recyklování asfaltových vozovek za horka, lze konstatovat, že tato oblast je v zásadě technicky dobře rozvinutá, existuje řada zkušeností a zahraniční invence, přičemž při vhodném technickém vybavení obaloven lze v optimálních podmínkách dnes docilovat až 80% opětovného využití asfaltového R-materiálu v nové asfaltové směsi. Tato skutečnost samozřejmě musí ctít řadu předpokladů, podmínek a pravidel popsaných například v [1, 2].

Čtěte také: Práce v Metrostavu

Za překážky přitom nelze označit nedostatky ve zvládnutí jednotlivých technologií či málo výkonná zařízení. V těchto oblastech totiž bariéry neexistují, odhlédneme-li od rozhodování výrobců, zda do modernizace a rozvoje stávajícího zařízení investovat či nikoli. Skupina těchto technologií se dnes stala již zavedeným standardem, který je normativně ošetřen technickým předpisem Ministerstva dopravy ČR, a to pod označením TP 208.

Z našeho pohledu je toliko do určité míry škoda, že tyto technologie se rozvinuly v provedení in‑situ. Tento trend je sice pochopitelný - větší flexibilita, rychlost provedení, úspora při přepravě materiálů - nicméně nadále řeší pouze problematiku, kdy se investor/správce rozhodne provést rekonstrukci na místě s využitím materiálu zejména ložních a podkladních vrstev. V minimální míře jsou pak vyráběny směsi recyklace za studena v příslušných mix‑centrech. I zde však lze spatřovat velký potenciál, který by umožnil takové směsi využít jako substituenty za obvyklé vrstvy typu stabilizace či mechanicky zpevněné kamenivo.

Výroba směsí v míchacích centrech, zpravidla mobilního charakteru, navíc umožňují mnohem větší variabilitu při inovačním rozvoji technologií recyklace za studena. Této problematice je potom věnována z velké části pozornost při hledání dalších alternativ v rámci experimentální činnosti Fakulty stavební ČVUT v Praze.

Experimentální vývoj a alternativní materiály

Hlavní pozornost je v tomto ohledu věnována možnostem substituce některých tradičních pojiv, či zlepšování charakteristik směsí recyklace za studena přidáváním některých plniv, alternativních pojiv nebo přísad. Cílem se potom stává snaha dále zlepšit pevnostní charakteristiky, deformační chování, odolnost proti účinkům vody a mrazu nebo zlepšení únavového chování, pokud je u daných směsí měřitelné a má význam je analyzovat.

V tomto ohledu byla poprvé v letech 2005 až 2007 v rámci projektu GA103/05/2055 otestována aplikace odprašků z výroby kameniva, a to u směsí s kombinací asfaltové emulze a cementu, jakož i u směsí s kombinací zpěněného asfaltu a cementu, případně vápna. V uvedených případech se podařilo prokázat, že odprašky - zejména mají-li zvýšený obsah vápenatých nebo hořečnatých sloučenin - umožňují efektivní snížení obsahu hydraulického pojiva a současně fungují jako aktivní jemnozrnná složka, která navíc vede k dosahování menších mezerovitostí. S tím se zpravidla zlepšují i charakteristiky odolnosti směsi proti účinkům vody.

Čtěte také: Čísla stanovišť Vimperk

Na základě získaných poznatků byla problematika využití odprašků dále rozvíjena a sledoval se vhodný podíl, který by odprašky mohly při návrhu složení směsí recyklace za studena zaujímat. Současně byly sledovány možnosti dalších materiálů podobného charakteru. Tyto trendy a experimentální zaměření vyústilo v letech 2009 až 2011 k postupnému testování některých typů popílků, přičemž v rámci vzájemné komunikace se společností ČEZ byly prioritně za potřebné k řešení vybrány fluidní popílky z filtru a z lože. Zdrojem byly různé elektrárny, které jsou technologií fluidního spalování vybaveny.

Tento materiál má obdobně jako v případě některých odprašků tu technickou zajímavost, že se označuje obsahem volného i vázaného CaO a současně je v něm zpravidla zastoupen ve větší míře i SiO2. Tyto sloučeniny společně s dalšími umožňují, že se u tohoto materiálu projevují pucolánové vlastnosti a je zde patrné podobné chování jako v případě cementu. Této skutečnosti je snahou využít jak v podobě jemnozrnného plniva, tak i coby alternativního pojiva.

Samozřejmě se na druhé straně nadále projevují některé nedostatky tohoto materiálu - především hůře udržitelná stálost kvality a stejnoměrnosti výroby, zejména z hlediska chemického složení a následných vlastností. Dalším problémem je vliv vzniku ettringitu a opakované pokračování procesu hydratace. Jedním z potenciálních řešení je mechanická úprava fluidního popílku speciálním typem mletí, kdy se dociluje vzniku aktivních mikročástic, jež následně díky narušené struktuře popílkových zrn umožňují proběhnout celý proces hydratace. V této souvislosti mluvíme o aktivním pojivu či mikrofileru označovaném jako DASTIT®. Tomuto materiálu je v současnosti věnována samostatně pozornost s cílem ověřit míru substituce hydraulických pojiv tímto materiálem.

Poslední oblastí je aktivace chemických a nanochemických přísad. V souvislosti s tím se dnešní experimentální vývoj v rámci ČVUT ubírá využitelností některých chemických přísad, které se uplatňují v oblasti zlepšování zemin a stabilizace zrnitých materiálů. Současně s tím specifickou a do značné míry odlišnou oblast představuje technologie RoadCem, kde se jedná o nanochemickou přísadu, která byla původně vyvinuta jako pro realizaci únosných vrstev stabilizovaných směsí s využitím místně dostupných materiálů (především zemin).

V průběhu posledních dvou let byla pozornost věnována zejména využití fluidních popílků, případně jejich vhodné kombinaci s odprašky. Souběžně s tím byly dále rozvíjeny poznatky v oblasti alternativních zkoušek pro tento typ směsí. Vedle tradičních charakteristik pevnosti v příčném tahu či odolnosti směsi proti účinkům vody se dnes standardně stanovují moduly tuhosti a současně existuje řada přístupů a tomu odpovídající poznatky při ověřování možností stanovit komplexní dynamické moduly, únavové charakteristiky či chování tohoto typu směsí při nízkých teplotách.

Čtěte také: Doprava v Lázních Bělohrad: Autobusové nádraží

Složení směsí a použité materiály

V textu dále prezentované směsi recyklace za studena byly připraveny dle principů uvedených v předpisu TP 208, [4]. Pro jejich přípravu byl využit tříděný asfaltový R‑materiál frakce 0/11. Pro tento materiál byl proveden rozbor zrnitosti a současně došlo k extrakci se stanovením čáry zrnitosti vyextrahovaného kameniva.

Jako asfaltové pojivo byla aplikována kationaktivní asfaltová emulze C60B7 českého i rakouského výrobce. Jedná se o standardní emulzi používanou pro tyto účely. Obdobně byl pro většinu směsí aplikován běžný portlandský struskový cement CEM II/B - S 32,5R. Z hlediska fluidního popílku jsou výsledky uváděny pro vzorky odebrané v tepelné elektrárně ČEZ Ledvice. Z chemického rozboru použitého popílku vyplývají následující závěry.

• Obsah anhydritu v ložovém popelu a úletovém fluidním popílku se výrazně liší, a to tak, že popílek obsahuje sledované fáze vzhledem k ložovému popelu zhruba jen třetinu.
• Ze stanovených hodnot ΔCaO3 vyplývá, že v ložovém popelu se prakticky veškeré stanovené vápno vyskytuje jako vápno volné, dále vázané do anhydritu, kalcitu a portlanditu.

S využitím specifikovaných složek bylo nejprve navrženo základních pět směsí a referenční směs. Následně byl tento rozsah rozšířen o další směsi REC P010-REC P013, přičemž ani tento výčet není konečný a v současné době jsou rozpracovány další alternativy. Složení jednotlivých směsí je uvedeno níže v tabulce 1. V rámci návrhu směsí bylo cílem postupně posoudit vliv popílku jednak co do maximálního účinného množství, a jednak i v kombinaci s účinky cementu.

Při posouzení základních parametrů jednotlivých směsí je patrné, že počáteční vlhkost čerstvě vyrobené směsi je víceméně úměrná celkovému množství vody, které je do směsi buď přidáváno, nebo je obsaženo v asfaltové emulzi. Jelikož minerální složky byly vždy plně vysušené, žádný další zdroj vody nelze uvažovat. Z hlediska mezerovitosti byl sledován poměrně zajímavý trend, kdy s rostoucím podílem popílku dochází k nárůstu mezerovitosti a to navzdory skutečnosti, že byl očekáván opak. Lineární závislost má v případě provedených měření poměrně vysoký korelační koeficient blížící se 87 %.

Zkoušky a vlastnosti směsí

Souběžně byla provedena některá posouzení vlivu metody hutnění zkušebních těles na charakteristiky objemové hmotnosti, potažmo mezerovitosti. Standardně se zkušební tělesa směsí recyklace za studena vyrábějí lisováním při předepsané úrovni zatížení. V minulosti byly v rámci aktivit ČVUT posuzovány též metody hutnění 2 × 50 údery Marshallova pěchu či hutnění využitím gyrátoru. V posledním roce byly zejména s ohledem ke zkouškám komplexních modulů a nízkoteplotních vlastností ověřovány též metody výroby malých zkušebních desek (lamelovým zhutňovačem) a velký zkušebních desek/segmentovým zhutňovačem. Z porovnání objemových hmotností lze vidět, že lepší porovnatelnosti je dosaženo při využití segmentového zhutňovače.

TP 208 pro směsi s asfaltovou emulzí a hydraulickým pojivem stanovují pevnost v příčném tahu a to po sedmi dnech zrání a následně po 14 dnech zrání na tělesech, která byla sedm dní uložena ve vodě. Z podílu takto získaných pevností je určena odolnost směsi proti účinkům vody, což slouží v praxi jako kvalitativní kritérium. pro vyšší podíly popílku a nižší množství asfaltové emulze není dodrženo kritérium pro sedmidenní pevnost, současně je patrné, že použití 1 %-hm. z hlediska účinků vody je zajímavá skutečnost, že u směsí s množstvím popílku do 5 % hm. a následně nad 10 % hm. kritériu odolnosti směsi proti účinkům vody dle TP 208 (minimální hodnota 70 %) nevyhovují směsi s množstvím popílku nad 10 %-hm. a bez aplikace cementu.

V rámci experimentálních návrhů směsí recyklace za studena na ČVUT již tradičně sledovanou charakteristikou je modul tuhosti stanovený nedestruktivní zkouškou opakovaného namáhání v příčném tahu na válcových tělesech. Zkouška byla provedena pro zkušební tělesa po 14 dnech zrání, včetně kombinovaného zrání vzduch-voda, a následně po 28 dnech zrání, a to vždy před provedením zkoušky pevnosti v příčném tahu. U čtrnáctidenních těles se zkouška omezila výhradně na teplotu 15 °C. Po 28 dnech zrání již byl modul tuhosti stanoven při třech různých teplotách (5 °C, 15 °C a 27 °C).

Původním záměrem bylo provést měření i při 40 °C, kde však již tradičně dochází u tohoto typu směsí k problémům s dostatečnou reprodukovatelností a zjištěním relevantní hodnoty modulu tuhosti. Z výsledků je patrné, že nejlepších hodnot dosahují směsi, kde je zastoupen vyšší podíl cementu a současně množství popílku je omezeno na podobnou úroveň jako cement. Tuhost v tomto případě je určena především účinkem cementu, což lze doložit porovnáním směsí REC REF a REC P01. Oproti tomu směsi s množství popílku přesahující 10 %-hm. se vyznačují poměrně velkým poklesem tuhosti. 28 dnech uložení na vzduchu činí v průměru 40,5 %.

Za zajímavé lze považovat výsledky ukazatele vodní citlivosti dle charakteristiky modulu tuhosti (TIMR) a její porovnání s ukazatelem modifikovaného ITSR. V této souvislosti u většiny směsí je poměr ITMR téměř shodný s ITSR. U směsí s množstvím popílku vyšším než 10 %-hm. je nicméně dosaženo nižší hodnoty ITMR, u ostatních směsí je tomu přesně naopak.

U 28denních těles byl stanoven užiteční ukazatel kvality směsi - teplotní citlivost - a to poměrem mezi hodnotou modulu při nejnižší a nejvyšší teplotě. Současně byla provedena i regresní analýza s určením teplotní citlivosti dle lineární a exponenciální regrese. Z hlediska porovnání jednotlivých principů stanovení charakteristiky je zjevné, že mnohem lepší korelace je mezi teplotní citlivostí stanovenou jako poměrový ukazatel a regresní konstantou „b“ v exponenciální regresní funkci. V případě lineární regrese jsou výsledky u většiny směsí odlišné.

Použijeme-li jako směrnou metodu stanovení poměrového ukazatele, potom je patrné, že významnou úlohu sehrává více než množství popílku ve směsi přítomnost cementu. Nejlépe lze tuto skutečnost demonstrovat porovnáním směsi REC P04 a REC P05, kde je rozdíl pouze v zastoupení 1 %-hm. V neposlední řadě je vhodné zmínit poznatky ze stanovení komplexního modulu zkouškou čtyřbodového ohybu na tělesech tvaru trámečku (4PB-PR), která se v uplynulých letech začala poměrně dobře etablovat při provádění funkčních zkoušek, zejména pak jako jedna z preferovaných metod sledování únavového chování materiálů.

Pro tuto zkoušku se nejprve připraví zkušební desky o rozměrech 305 × 405 × 50 mm podle EN 12697-33 segmentovým zhutňovačem. Z desek se následně připraví trámečky s průřezem 50 × 50 mm. V případě směsi recyklace za studena byla takto připravená zkušební tělesa temperována při 15 °C, a to z důvodu možné porovnatelnosti s modulem tuhosti, jak byl popsán výše. Aby se předešlo přílišnému stárnutí nebo deformaci zkušebního tělesa, je u asfaltových těles doba temperance omezena maximálně na šest hodin.

Pro stanovení komplexního modulu tuhosti je použita samostatně stojící jednotka pro čtyřbodový ohyb CRT-SA4PT-BB a další zařízení, včetně PC a termostatické komory. Samostatně stojící jednotka se skládá ze zatěžovacího zařízení a upnutí. Zatěžovací zařízení obsahuje zatěžovací nosník a dva úchyty na vnitřní podpěře při x = A a x = L - A, kde A volíme L/3. U zkoušek tohoto typu je důležitá volba frekvencí zatěžování, jelikož zkouška se vždy provádí ve zvoleném frekvenčním spektru. Pokud jsou navíc zvoleny různé teploty lze následně stanovit tzv. řídicí křivky, které jsou využívané jako velmi dobrý nástroj hodnocení kvality a porovnávání směsí. Zvoleny byly frekvence 0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 14; 16; 18; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50 Hz.

Výsledky zkoušky pro dvě vybrané směsi recyklace za studena jsou uvedeny na následujícím obrázku a to pro celé spektrum frekvencí. Z porovnání komplexního modulu tuhosti směsi P03 a P04 je patrné, že rozdíly modulů jsou větší u těles zrajících 14 dní na vzduchu. Dále lze z obrázku 4 zjisti, že větších modulů d...

Technologie recyklace vozovek za studena na místě

Při recyklaci vozovky za studena na místě se totiž zpracovávají původní materiály z porušených vozovek, čímž se snižuje množství odpadů a objem těžké stavební dopravy. Díky úspoře materiálu a zkrácení doby rekonstrukce se nezanedbatelně snižují náklady. Pro investory, správce i uživatele komunikací je pak důležité, že opravená vozovka má po použití této metody výrazně lepší technické vlastnosti - zvyšuje se její únosnost, trvanlivost, odolnost proti vodě a mechanickému opotřebení, je zajištěna reprofilace příčného řezu a podélných nerovností.

Technologie recyklace vozovek je založena na vhodně sestavené soupravě strojů, kterou tvoří silniční fréza (stroj CRMX2), sběrač směsi, finišer, popř. grader, a těžké hutnící válce. Součástí „vlaku“ jsou také zásobníkové cisterny na hydraulické přísady. Motorem této sestavy je silniční fréza s možností frézování až do hloubky 350 mm, s šířkovými moduly 2,5 a 3,8 m a nivelačním systémem.

Srdcem recyklačního vlaku je stroj CRMX2, který zabezpečuje výrobu homogenní směsi s omezenou velikostí zrn a rovnoměrnou křivkou zrnitosti recyklovaného kameniva sítovým třídičem, rotačním drtičem a dvouhřídelovým lopatkovým mísičem. Průměrný výkon stroje je 500 t/h. Veškeré dávkování přísad řídí počítačová jednotka, která vše vyhodnocuje na základě vstupních údajů a pásové váhy.

Cement/vápno dávkuje jako suspenzi nebo přímo suchou směs prostřednictvím frézy. Je-li používáno cementové mléko, je vyráběno v cementárnách poblíž stavby a dováženo v cisternách s nuceným mícháním. Asfaltová emulze, jejíž cirkulaci si zajišťuje stroj CRMX2 sám, je do mísiče dávkována ze zásobníku. Homogenní směs vypadává z mísiče v podélné hrázce na zem, sběračem je podávána do násypky finišeru a pokládána v požadovaných sklonech k následnému hutnění.

Povrch recyklované vrstvy se uzavře dvouvrstvým nátěrem s podrcením, popř. mikrokobercem, a nebo se překryje hutněnými asfaltovými vrstvami. Významnou výhodou této technologie - kromě již zmíněných ekonomických a ekologických hledisek - je rychlost oprav, a tedy i minimalizace dopravních omezení. Celá technologie od frézování až po nově položený povrch omezí silniční provoz jen na pár hodin. V praxi to znamená, že polovina šíře vozovky o délce 1 500 m je opravena za jednu směnu.

Kvůli těmto nesporným pozitivům se Divize Dopravní stavitelství společnosti Skanska rozhodla zavést trend studené recyklace vozovek do svého výrobního programu. Skanska je zatím jediná firma v České a Slovenské republice, která tuto technologii používá, nicméně kapacita a flexibilita linky zaručuje pokrytí potřeb zákazníků v obou státech.

Na začátku července proběhlo na objektech SO105-106 rovnání pro recyklaci za studena a následně byla provedena vrstva recyklace za studena dle 3D nivelace, včetně kropení vrstvy. Byly provedeny z části výdlažby lomovým kamenem na podélných a příčných propustcích. V polovině měsíce silničáři provedli vrstvu ACP včetně infiltračního postřiku a vrstvu ACL včetně spojovacího postřiku. Během celého měsíce probíhalo rovnání ornice ve svahu a ohumusování příkopů. Na objektech SO 107-109 byly během prvního prázdninového měsíce provedeny asfaltové vrstvy, profilace příkopů s ohumusováním a zádlažby čel podélných a příčných propustků z lomového kamene.

tags: #3853 #rozsochy #nadrazi #recyklace #za #studena

Oblíbené příspěvky:

• Výzvy recyklace textilu
• Dopad nerezové oceli na životní prostředí
• Kam s použitou tiskárnou?
• Recyklovaný papír a tisk
• Jak na kadeřavost broskvoně ekologicky