Recyklace asfaltových vrstev za studena s dávkováním cementu

Oblast technologií a pracovních postupů recyklace vozovek představuje jedno z aktuálně poměrně často diskutovaných témat a současně se stává nezbytností moderního silničního stavitelství. Důvodem je úsilí a směřování evropské legislativy a celková strategie bezodpadové společnosti s definovanými kritérii konce odpadu (tzn. End-of-Waste Criteria), ale 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 jsou v současnosti známé pod označením „Green Public Procurement“.

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. 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.

Základní druhy recyklátů a možnosti jejich využití

V současnosti je ve většině případů užíván směsný (příp. cihlový) recyklát jako zásypový materiál (např. pro rozvody energií) či pro stabilizaci podkladů a nestmelených vrstev vozovek. Přitom však lze kvalitní tříděné recykláty využít na daleko vyšší úrovni, což ukazují níže uváděné příklady.

Cihelný recyklát

Cihelný recyklát se u většiny drtících linek získává zrnitosti do cca 80 mm a to nejméně ve třech frakcích 0-16 mm, 16- 32 mm a 32-80 mm, přičemž producenti tohoto materiálu jsou schopni vytřídit i jiné požadované frakce. Tento recyklát nabízí podstatně širší možnosti využití než je doposud všeobecně známo.

Možnosti využití cihelného recyklátu:

Čtěte také: Jak recyklovat starý šicí stroj

• Výroba cihlobetonu: Cihlobeton je možno používat jako výplňové zdivo ve skupině monolitických konstrukcí, dále pro výrobu prefabrikovaných prvků k přípravě vibrolisovaných tvárnic nebo stěnových prvků, jejichž slisování by předem eliminovalo možné dotvarování konstrukce pod zatížením vzhledem k nižší hodnotě statického modulu.
• Výroba stavebních směsí: Jako plniva malt pro zdění s využitím frakcí drobných, tedy do 4 mm, a vzdušným či hydraulickým vápnem. Tyto malty jsou výhodnější svým vyšším tepelným odporem než malty s přírodním kamenivem. Dále je možno používat jako pojiva i cement nebo kombinace pro vápenocementové malty. Podle přídavku pojiva se může dosáhnout různých pevností malt od 1 do 10 MPa.
• Využití ve stabilizovaných podkladech a nestmelených vrstvách vozovek.
• V poslední době byla také zkoušena výroba nepálených lisovaných cihel rozměrů 300x150x100 mm ze směsi cihelného recyklátu frakce 0-16 mm a hlíny s l0 % příměsí cementu i bez příměsi cementu. Dosahované pevnosti v tlaku po 14 dnech sušení jsou závislé na kvalitě hlíny a dosahovaly až 8 MPa.

Betonový recyklát

Použití betonového recyklátu je dnes zakotveno i v některých normách a je poměrně rozšířené jako např. v podkladních vrstvách vozovek stmelených cementem, ochranných vrstev silničních komunikací a pražcového podloží (jako mechanicky zpevněná zemina) a hlavně jako náhrady přírodního kameniva do konstrukčních betonů nižších tříd za předcházejících předpokladů.

Využití betonového recyklátu do živičných směsí pro výstavbu a opravy živičných vozovek za předpokladu dodržení receptur a pracovních postupů předepsaných příslušnými normami, jako např. ČSN 73 6121 - „Hutněné asfaltové vrstvy“.

Vliv drceného betonu na vlastnosti betonu:

• Obsah drceného betonu nepříznivě ovlivňuje konzistenci betonové směsi a pro zachování její potřebné konzistence je nutné zvýšit dávku záměsové vody (projeví se na pevnostech betonu).
• Pevnosti betonu v tlaku jsou poněkud ovlivňovány oproti použití přírodního kameniva.
• Snižuje se objemová hmotnost zatvrdlého betonu.
• Pevnost v tlaku se snižuje o 10-15 %.
• Modul pružnosti je nižší o 15-20 %.
• Zvyšuje se součinitel dotvarování až o 50 %.
• Zvyšuje se smršťování a to o 20-40 %.

Asfaltový recyklát

Bylo prokázáno, že asfaltové recykláty jsou velmi vhodné zejména pro technologie za studena za použití emulzí, případně v kombinaci s cementem, kdy dochází k obalení ekologicky závadných částic a tím ke snížení možnosti znehodnocení odpadních vod a blízkého okolí.

Nejvhodnější využití asfaltového recyklátu za studena:

Čtěte také: Zodpovědný přístup k recyklaci kávových kapslí

• Bez přidání nového pojiva k recyklátu s použitím pro málo zatížené vozovky, pro spodní podkladní vrstvy a pro zpevnění štěrkopískových podsypných vrstev.
• S přidáním hydraulického pojiva (cementu, popř. vápna či strusky) pro provedení nové stmelené podkladní vrstvy.
• S přidáním emulze k recyklovanému materiálu, vhodné zejména tam, kde staré úpravy obsahují dehtové pojivo.
• Kombinovaný způsob, kdy k recyklovanému materiálu se přidává emulze i cement, což je vlastně zlepšení předchozího způsobu a firma prokázala, že tento způsob dosáhl nejlepších výsledků a že vlastnosti těchto směsí je prokazatelně možné srovnat se směsmi typu OK (obalované kamenivo) zpracovávanými za horka.

Stav normotvorné činnosti v oblasti jakosti recyklátů

Existence systému posuzování kvality recyklátů pomocí obecně závazných norem a předpisů má zásadní vliv na uplatňování recyklátů v následné stavební výrobě. To ve svých důsledcích vede jednak k jejich širšímu využívání již v projekční fázi, ale také k jejich cenovému přibližování k cenám nerostných surovin obdobných vlastností. Vzrůst cen recyklátů pak vede, jak se již v podmínkách ČR ukázalo, k poklesu cen pro původce stavebních odpadů a tím i dalšímu snížení jejich snahy, zbavit se stavebního odpadu pololegálním či ilegálním způsobem.

V podmínkách ČR dosud neexistují na rozdíl od některých zemí EU (SRN, Rakouska, Švýcarska, zemí Beneluxu), obecně platné normy pro jakost recyklátů. Výjimku tvoří pouze některé normy pro stavbu komunikací a OTP pro stavbu železničního svršku a spodku.

Jedná se zejména o:

• ČSN EN 13242 - Kamenivo pro nestmelené směsi a směsi stmelené hydraulickými pojivy pro inženýrské stavby a pozemní komunikace
• ČSN EN 12620 - Kamenivo do betonu
• ČSN EN 13043 - Kamenivo pro asfaltové směsi a povrchové vrstvy pozemních komunikací
• ČSN EN 13450 - Kamenivo pro kolejové lože
• ČSN EN 197-6: 2023 - Cement - Část 6: Cement s recyklovanými stavebními materiály
• TP 170 Navrhování vozovek pozemních komunikací (schváleno MD ČR OPK pod č.j. 517/04-120-RS/1 s účinností od 1. prosince 2004)
• TP 210 Užití recyklovaných stavebních demoličních materiálů do pozemních komunikací (schváleno MD - OSI č.j.1118/10-910-IPK/1 s účinností od 1.1. 2011)
• TP 208 Recyklace konstrukčních vrstev netuhých vozovek za studena (schváleno MD ČR pod 554/09-910-IPK/1 s účinností od 1. srpna 2009 )
• TP 209 Recyklace asfaltových vrstev netuhých vozovek na místě za horka (schváleno MD ČR čj. 555/09-910-IPK/1 s účinností od 1. srpna 2009)
• OTP Kamenivo pro kolejové lože železničních drah ( schváleno pod čj. 38992/2020-SŽ-GŘ-O13 (3) dne 16. prosince 2020)
• OTP „Štěrkodrť, minerální směs, recyklovaná štěrkodrť pro konstrukční vrstvy a kamenivo pro podkladní vrstvy tělesa železničního spodku“ Správa železnic. Schváleno pod čj. 30 243/2023-SŽ-GŘ-O13 (1) dne 4.

Technologie recyklace asfaltových vrstev za studena na místě

Technologie recyklace asfaltových vrstev za studena na místě, kterou používá společnost Skanska DS od roku 2006, pochází z USA. Tento postup umožňuje okamžité využití vyfrézovaného materiálu při opravě silnic. Za hodinu je zařízení schopno opravit až 150 metrů vozovky v šířce 3,5 m, za den pak jeden a půl kilometru.

Metoda je vhodná zejména k opravám vozovkových krytů, jejichž konstrukce obsahuje hutněné asfaltové vrstvy, vrstvy asfaltových postřiků, nátěrů a jiné vrstvy obsahující asfaltové pojivo.

Čtěte také: Výzvy v recyklaci tvrzených plastů

Technologie provádění recyklace vozovek je založena na soupravě strojů, kterou tvoří silniční fréza, recyklační stroj CRMX2, sběrač směsi, finišer, popř. grader a těžké hutnicí válce. Základem recyklační sestavy je výkonná silniční fréza s možností frézování až do hloubky 350 mm, s šířkovými moduly 2,5 a 3,8 m a nivelačním systémem. Fréza se svým výkonem 950 HP tlačí a táhne celou sestavu strojů.

Recyklační stroj CRMX 2 zajišťuje výrobu homogenní směsi. Vyfrézovaný materiál prochází přes sítový třídič, který je opatřen dvěma podlažími sít s proměnnou amplitudou i frekvencí. Případná velká zrna a bloky jsou nejprve drceny rotačním drtičem. Materiál obohacený o nová pojiva je promíchán v kontinuálním dvouhřídelovém lopatkovém mísiči a vysypán na vyfrézovanou vozovku v podélné hrázce.

Dávkování pojiv je řízeno počítačovou jednotkou, která vše vyhodnocuje na základě vstupních údajů a hodnot z pásové váhy. Jako pojivo je použita asfaltová emulze, vápno, případně cementu, sloužící k úpravě vlhkosti materiálu a k urychlení procesu štěpení pojiva. Dávkování vápna je ve formě suché směsi. Asfaltová emulze, jejíž cirkulaci si zajišťuje stroj CRMX2 sám, je dávkována do mísiče ze zásobníku.

Homogenní směs je z podélné hrázky podávána elevátorovým dopravníkem do násypky finišeru, který ji pokládá při dodržení výškových a směrových parametrů. Povrch recyklované vrstvy se uzavře dvouvrstvým nátěrem s podrcením popř. mikrokobercem a nebo se překryje hutněnými asfaltovými vrstvami.

Experimentální vývoj v rámci ČVUT

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. 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. 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.

Experimentální návrhy směsí recyklace za studena

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.

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. V rámci návrhu směsí bylo cílem postupně posoudit vliv popílku jednak co do maximálního účinného množství, a jednak i v kombinaci s účinky cementu.

Složení jednotlivých směsí je uvedeno níže v tabulce 1.

Tabulka 1: Složení experimentálních směsí recyklace za studena

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 %.

tags: #recyklace #za #studena #asfaltových #vrstev #dávkování

Oblíbené příspěvky:

• Albi Kouzelné čtení: Člověk a příroda - recenze
• Aktualizace Trasy Svozu Odpadu
• Průvodce výběrem odpadkového koše 60 l
• Nápady na recyklaci oblečení pro panenky
• Vzdělávání pro udržitelnou budoucnost