Využitie asfaltovej emulzie na recykláciu materiálov pri výstavbe a údržbe ciest

Opätovné použitie cestných stavebných materiálov sa stáva naliehavejšie z ekonomických a ekologických dôvodov, ako aj z hľadiska úspor energie. Pristupuje k tomu aj skutočnosť, že cestné staviteľstvo sa bude musieť v budúcich rokoch stále viac zaoberať údržbou už postavených vozoviek a množstvo vybúraných materiálov sa bude zvyšovať. Úspešnosť ich uplatnenia je závislá od viacerých činiteľov, v neposlednom rade aj od tlaku zákonných opatrení na odstraňovanie odpadu, ktoré zvýhodňujú podniky pri použití týchto materiálov v konštrukcii vozovky.

Šetrenie materiálových zdrojov, ochrana životného prostredia, zmenšovanie skládkových plôch odpadového materiálu, to všetko sú dôvody na opätovné využívanie cestných stavebných materiálov. Ich použitie je spojené s dodatočnou úpravou, pretože kvalita materiálu získaného frézovaním alebo búraním je veľmi rôzna a nie vždy vhodná na priame použitie.

V súčasnosti sa stále viac dbá na to, aby sa recyklované odpadové materiály dali znovu recyklovať, teda nielen v prvej etape opakovaného použitia, ale aj v druhej, tretej atď. Materiál musí byť použiteľný spôsobom, ktorý neohrozí životné prostredie. V niektorých krajinách je odpad zo stavieb a demolačný odpad (zahrňujúci hlinu a materiál podložia) značnou časťou celkového odpadu. Väčšina tohto odpadu je objemná a inertná a nemožno ho zlikvidovať spálením alebo biodegradáciou. Avšak jeho potenciálne využitie je ako kamenivo s dvojitým prínosom – úspora primárneho kameniva a zníženie tvorby odpadu. Skladovanie sa považuje za najmenej žiadúcu možnosť voľby riadenia odpadu. V mnohých krajinách sa postupné zavádzanie procesov recyklácie, obnovy a znovupoužitia udomácňuje ako výhodné využitie pri výstavbe ciest.

 

Recyklovanie starých asfaltových zmesí je vo vyspelých štátoch sveta už relatívne dobre prepracovaná technológia, nakoľko sa jedná o využitie v minulosti zabudovaných vysokokvalitných a drahých materiálov. Recykláciou odfrézovaných materiálov dochádza nielen k výraznému zníženiu objemov ukladaných odpadov, ale aj k nemalej úspore primárnych (prevažne nevyhradených) nerastov.

Recyklačné technológie sú známe, ale vo väčšom meradle sa využívajú len v niektorých krajinách. Využívanie odpadu je v krajinách Európskej únie pomerne rozsiahle, najmä v Nemecku, Dánsku, Francúzsku a Holandsku, pričom sa využíva viac ako 90 % materiálov z rekonštrukcie vozoviek, z demolácie stavebných konštrukcií a rôzneho odpadu.

Materiál z vozovky môže byť zatriedený ako ostatný alebo nebezpečný odpad. Odpad zo starej vozovky s asfaltovým spojivom bez dechtu alebo iných prímesí, ktoré by spôsobovali nebezpečné vlastnosti, môže byť zatriedený ako ostatný odpad. Nebezpečný odpad je materiál získaný z výstavby, kde bol použitý decht alebo fluxovaný olej a ďalšie škodlivé látky. Tento materiál je potrebné zneškodniť podľa zákona o odpadoch.

Ak nemá materiál získaný pri búraní a odfrézovaní vozovky preukázateľne nebezpečné vlastnosti (vysoké množstvo PAU, PCB) a vyhovuje aj technickým požiadavkám pre dané technológie, možno ho znovu použiť do konštrukčných vrstiev vozovky. Pri uložení takéhoto materiálu na dočasnú skládku je potrebné posúdenie z hľadiska vylúhovateľnosti, aby bola zabezpečená ochrana podzemných a povrchových vôd v okolí skládky.

Je zrejmé, že použitie odpadových alebo recyklovaných materiálov na výrobu asfaltových spojív a vozoviek si vyžaduje rovnaké technické, zdravotné, bezpečnostné a ekologické podmienky, ako pri zavádzaní nových technológií. Napriek tomu je aktuálnosť recyklovania určená najmä ekonomikou príslušnej lokality.

Cestné stavebné materiály vybúrané z vozoviek, či už z cementových alebo asfaltových, sa používajú v rozličných vrstvách vozovky. Po ich úprave – recyklácii – sa do konštrukcie vozovky môžu zabudovať buď bez predrvenia a úpravy zrnitosti, alebo s jej úpravou pridaním potrebnej frakcie prírodného ťaženého, drveného alebo umelého kameniva. Vybúrané, resp. odfrézované asfaltové materiály sa môžu za určitých podmienok použiť aj do krytov vozovky alebo zabudovať ako nestmelené, prípadne cementom stmelené materiály do ochranných alebo podkladových vrstiev vozovky.

Znovupoužitie starých asfaltových zmesí je zahrnuté v STN 73 6121 Stavba vozoviek. Hutnené asfaltové vrstvy, i keď len v niektorých článkoch. Podrobnejšie sa tejto problematike venuje európska norma EN 13108-8. Sú v nej stanovené požiadavky na upravenú pôvodnú asfaltovú zmes označovanú ako R-materiál, ktorý je určený na opätovné spracovanie vo vozovkách pozemných komunikácií ako jeden z komponentov výslednej asfaltovej zmesi spracúvanej zahorúca v obaľovacích súpravách. Obdobne ako v našej STN 73 6121 aj v tejto EN 13108-8 je stanovené, že požiadavky na vyrobenú asfaltovú zmes musia byť rovnaké, ako keď je táto zmes vyrobená bez R-materiálu (pozri Materiály pro stavbu 5 a 6/2008).

Dôležitosť tejto problematiky vyplýva aj zo správy Technického výboru C 8 PIARC Netuhé vozovky, ktorý vyzval správcov ciest všetkých krajín, aby zaviedli technológie recyklovania s opätovným používaním v minulosti zabudovaných stavebných materiálov a asfaltových zmesí pri výstavbe a rekonštrukcii netuhých aj polotuhých vozoviek pozemných komunikácií, a tak sa podieľali so stavebnými firmami na prípadnom riziku vyplývajúcom z použitia týchto technológií. Správa tiež hovorí o potrebnej pomoci správcov ciest pri investičnej politike súvisiacej so zavádzaním technológie recyklovania a s prípravou predpisov a pracovných postupov pre túto technológiu.

Správa OECD už v roku 1977 definovala prínosy z recyklácie ako:

● zníženie nákladov na dopravu a požiadaviek na spotrebu energie,

● zníženie požiadaviek na výrobu kameniva pri súčasnom znížení potreby skládok,

● zníženie spotreby nového asfaltu až o 50 %, v závislosti od spôsobu a výberu vhodnej technológie opätovného spracovania zabudovaných materiálov,

● zníženie energetických nákladov na sušenie a vyhrievanie kameniva,

● zníženie celkových emisií v priebehu výstavby (prašné a plynné emisie).

 

Tieto prínosy majú svoju platnosť a sú určite hlavným motívom pre pracovníkov v cestnom staviteľstve. Ekonomické využívanie materiálov pri výstavbe ciest je problém týkajúci sa nielen vlastnej ceny, ale i dopravy materiálov. Aby mohli stavebné spoločnosti obstáť v stále väčšom konkurenčnom boji, musia ponúkať svojmu zákazníkovi kvalitu za primeranú cenu.

Ministerstvo dopravy, pôšt a telekomunikácií SR vydalo Technické podmienky na recykláciu asfaltových zmesí na mieste zahorúca pre vozovky s dopravným zaťažením triedy I až VI, kde sú definované niektoré pojmy:

● Úprava priečneho profilu vozovky (reshape) – nahriatie obnovovanej vrstvy, jej rozpojenie a nakyprenie s následným urovnaním v priečnom a pozdĺžnom smere a zhutnením; na zvýšenie drsnosti je možné použiť predobalené kamenivo. Metóda sa používa na znovuzískanie rovnosti obrusnej vrstvy asfaltovej vozovky s veľmi malými trvalými deformáciami.

● Úprava priečneho profilu vozovky s položením novej asfaltovej vrstvy (repave) – nahriatie obnovovanej vrstvy, jej rozpojenie a nakyprenie, urovnanie v priečnom a pozdĺžnom smere, položenie novej asfaltovej vrstvy na obnovovanú vrstvu bez vzájomného premiešania zmesí a súčasné zhutnenie oboch vrstiev.

● Úprava priečneho profilu vozovky s pridaním chýbajúcich zložiek zmesi s premiešaním (remix) – nahriatie obnovovanej vrstvy, jej rozpojenie a nakyprenie, zmiešanie pôvodnej asfaltovej zmesi s novou asfaltovou zmesou obsahujúcou asfaltové alebo regeneračné spojivo, zarovnanie v priečnom a pozdĺžnom smere a zhutnenie.

● Úprava priečneho profilu vozovky s pridaním chýbajúcich zložiek zmesi s premiešaním zmesí a položením novej asfaltovej vrstvy (remix plus) – nahriatie obnovovanej vrstvy, jej rozpojenie a nakyprenie, zmiešanie pôvodnej asfaltovej zmesi s novou zmesou obsahujúcou asfaltové alebo regeneračné spojivo, zarovnanie v priečnom a pozdĺžnom smere, položenie vrstvy z novej asfaltovej zmesi na zarovnanú premiešanú zmes a ich súčasné zhutnenie.

● Recyklovaná asfaltová zmes (RZ) – zahriata a rozpojená vrstva z pôvodnej zhutnenej asfaltovej zmesi, premiešaná za prípadného pridania kameniva, asfaltu, novej asfaltovej zmesi alebo prísad.

● Recyklovaná vrstva (RV) – vrstva zhotovená z recyklovanej asfaltovej zmesi, upravenej v priečnom aj pozdĺžnom smere, s následným zhutnením.

● Vtláčaná asfaltová zmes – nová asfaltová zmes kladená na recyklovanú vrstvu pri technológiách repave a remix plus, použitá na vytvorenie novej obrusnej vrstvy.

● Pridávaná asfaltová zmes – zmes použitá pri technológiách remix a remix plus na úpravu a dosiahnutie požadovaného výsledného zloženia recyklovanej asfaltovej zmesi (RZ) z hľadiska zrnitosti a obsahu spojiva.

 

Z kvalitatívneho hľadiska sa vyššie uvedenými postupmi získa recyklát, ktorý vždy bude mať viac alebo menej nerovnorodé zloženie a tým aj rozličné vlastnosti. Miera reálneho využitia recyklátu bude preto významne ovplyvnená práve úrovňou jeho separácie a osobitného uskladňovania priamo na mieste demolácie alebo obnovy stavebného objektu a nasledujúceho odvozu separovaného materiálu na určené skládky pri recyklačných linkách.

 

Opätovné použitie pôvodných asfaltových zmesí z konštrukcií vozoviek je veľmi dôležitým faktorom v cestnom staviteľstve. Touto technológiou je možné v procese výstavby, ale aj v procese obnovy cestných vozoviek značne znížiť spotrebu najmä prírodného kameniva, ale aj asfaltu. Vo svete si silné miesto získala technológia recyklovania materiálu zastudena na mieste. Hlavný rozdiel medzi klasickou asfaltovou zmesou a zmesou recyklovanou za studena je v jej zložení. Podstatnú časť kamennej kostry tvorí pôvodná asfaltová zmes z recyklovanej vozovky, ktorú je potrebné upraviť pridaním vhodného kameniva a spojiva.

Asfalt je na celom svete spojivom na výstavbu vozoviek ciest. Z úžitkových vlastností má potrebnú tuhosť, prepožičiava asfaltovým zmesiam jedinečné pružnostné vlastnosti a zabezpečuje ich počas dlhého obdobia používania. V bežných prípadoch sa asfalt zahrieva na teplotu 100 až 200 °C, aby bol dostatočne tekutý na to, aby ho bolo možné zmiešať s kamenivom. Konečná pevnosť konštrukčných vrstiev vozovky sa dosiahne po vychladnutí zmesi. Asfalt sa môže rozpúšťať vo vhodných ropných rozpúšťadlách a konečná pevnosť materiálu sa dosiahne len vtedy, keď sa rozpúšťadlo odparí. Týmto postupom sa získavajú fluxované alebo riedené asfalty, nazývané tiež studené asfalty. Namiesto asfaltov riedených drahým rozpúšťadlom je výhodné pracovať s emulziami, najmä tam, kde sa asfaltová zmes má rozprestierať na mokrý podklad, keď hrozí nebezpečenstvo vzniku požiaru alebo keď sú výpary rozpúšťadla zdravotne škodlivé.

Asfaltové emulzie sa pri výstavbe a údržbe ciest používajú v čoraz väčšej miere ako náhrada za horúce asfalty. Ich využitie je predovšetkým pri obnove (rekonštrukcii) vozoviek a pri stavebných postupoch menšieho rozsahu, ktoré slúžia na údržbu cestnej vozovky, na predĺženie životnosti konštrukcie vozovky a na zvýšenie bezpečnosti premávky.

Asfaltová emulzia je špecifická forma používania polotuhého až krehkého spojiva – asfaltu, ktorý sa dispergovaním vo vode zastudena prevedie do tekutého labilného stavu – asfalt sa stane tekutý. V takomto stave možno asfalt skladovať, prepravovať a spracovávať. Emulzie pritom možno používať so studeným aj s vlhkým kamenivom. Po riadenom rozdelení fáz (vyštiepenie a rozdelenie asfaltovej emulzie) sa asfalt znova dostane do svojho pôvodného stavu, zatiaľ čo nosná látka (voda) sa odparí. Konečná pevnosť cestného materiálu sa dosiahne, keď emulzia „stuhne“ (vráti sa na spojitú asfaltovú fázu) a voda sa odstráni. Pri mnohých použitiach v cestnom staviteľstve poskytujú emulzie bezpečnejší a pre životné prostredie vhodnejší systém v porovnaní s horúcim asfaltom, keďže zabraňujú ohňu, popáleninám a emisiám, a technologické procesy spotrebujú menej energie. V súčasnosti sa pri výstavbe a údržbe cestných vozoviek používajú prakticky len katiónaktívne asfaltové emulzie. Poskytujú priaznivé predpoklady na dobré štiepenie a na pevné priľnutie s kamenivom. K priľnutiu vyrovnávaním elektrostatických potenciálov dochádza s každým kamenivom, keďže všetky druhy kameniva vykazujú záporné náboje, aj keď v rozdielnej miere.

Asfaltové emulzie, ktoré sa používajú zastudena, možno použiť na rôzne druhy recyklácie konštrukčných vrstiev. Najčastejšie použitie materiálu odfrézovaného zo starých asfaltových vozoviek v cestnom staviteľstve doteraz bolo zahorúca, v centrálnych obaľovacích súpravách. V podstate sa takto získaný materiál dopĺňal ako kamenivo do novej asfaltovej zmesi. Znižovala sa tým spotreba nového kameniva, ale tento postup sa využíval len vo veľmi malom množstve. Zvyšok odfrézovaného materiálu bolo potrebné niekde skladovať a potom drviť a triediť. Tým sa ale zvyšuje cena „odpadového“ materiálu zo starých vozoviek. Kvalitatívne parametre odfrézovaných asfaltových zmesí, pokiaľ sa získavajú ako homogénny materiál, sú však väčšinou vysoké a ich použitie do podkladných vrstiev je veľmi vhodné.

Spracovanie odfrézovaných zmesí v obaľovacích súpravách je výhodné najmä z hľadiska rovnomernosti zloženia zmesi. Každá odfrézovaná zmes však musí byť vopred v laboratóriu overená a musia sa stanoviť rozhodujúce parametre takýchto materiálov, predovšetkým množstvo a vlastnosti spojiva, ale aj vlastnosti kameniva.