Recykling nawierzchni asfaltowych

fot. MoDot

W najbliższej przyszłości problemem polskiego drogownictwa nie będzie budowa nowej sieci drogowej, ale jej utrzymanie. Uszkodzenia dróg powstają pod wpływem czynników klimatycznych oraz obciążeniem od ruchu samochodowego, który wciąż rośnie. Pomocny w przypadku prowadzenia remontu lub przebudowy drogi może być destrukt asfaltowy, który aktualnie najczęściej jest rozsypywany na pobocza dróg w postaci niezwiązanej. Wiąże się to ze spisaniem na straty dobrego materiału oraz zagrożeniem bezpieczeństwa ruchu drogowego.

Niektóre kraje europejskie nakładają wysokie opłaty od składowania materiałów alternatywnych, by zmusić do stosowania destruktu asfaltowego. Podatek za składowanie destruktu jest w tych krajach nawet 80 razy większy niż w przypadku składowania kruszywa naturalnego, co zmusza drogowców do wykorzystania tego materiału.

Wg wymagań technicznych WT-2 destrukt jest to "mieszanka mineralno-asfaltowa, która jest uzyskiwana w wyniku frezowania warstw asfaltowych, rozkruszenia płyt wyciętych z nawierzchni asfaltowej, brył uzyskiwanych z płyt oraz z mieszanki mineralno-asfaltowej odrzuconej lub będącej nadwyżką produkcji". Jest to materiał z pewnością ekologiczny - mniejsze wykorzystanie energii na produkcję nowego materiału, czy brak konieczności składowania materiału. Cechą tego materiału jest również niski koszt – destrukt jest dostępny na miejscu.

Granulat asfaltowy wg PN-EN 13108-8 definiowany jest jako: „określona ilość materiału do użycia jako materiał składowy w produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych w technologii na gorąco”.

W WT-2 z 2010 roku przedstawiono warunki stosowania granulatu oraz destruktu asfaltowego. Możliwe są dwie metody dodawania materiału pozyskanego z recyklingu:

a) metoda na zimno

b) metoda na gorąco

W metodzie na zimno można zastosować maksymalnie 15% dodatku granulatu asfaltowego w stosunku do całej masy MMA. Recykling na zimno można wykonać na miejscu lub w wytwórni mas bitumicznych. Ta metoda daje możliwość wykonania nawierzchni o zwiększonej wytrzymałości bez zwiększenia jej grubości, naprawy podbudowy oraz korektę składu istniejącej MMA.

W przypadku metody na miejscu zaletami są niskie koszty transportu, szybkość wykonania oraz duża wydajność. Z drugiej wykonanie jest uzależnione od warunków atmosferycznych oraz sprzętu – recykler ma swoją limitowaną szerokość oraz głębokość recyklingu. Nie kontrolujemy również dodawanego materiału, co może powodować niejednorodność mieszanki mineralno-asfaltowej. Czynności przy wykonaniu podbudowy podatnej metodą recyklingu in situ przedstawiono na diagramie poniżej (rys. 1).

Rys. 1. Recykling in situ 

Zaletami recyklingu na zimno w wytwórni jest kontrola dozowanego materiału oraz składu całej mieszanki, mniejsze uzależnienie od warunków atmosferycznych oraz dowolna szerokość układanej warstwy. Koszty transportu rosną w porównaniu do metody na miejscu. Na rys. 2 przedstawiono schemat wykonania podbudowy podatnej metodą recyklingu in place.

Rys. 2. Recykling in place

WT-2 zalecają w metodzie na gorąco dodawanie granulatu asfaltowego maksymalnie 30% w stosunku do całej masy MMA. Istnieją trzy rodzaje recyklingu na gorąco:

a) termoprofilowanie

b) remiksing

c) remiksing plus

Wszystkie trzy metody służą do naprawy profilu poprzecznego warstwy ścieralnej (deformacje trwałe lepkoplastyczne). Stosując jedną z tych technologii należy pamiętać, że poprawia się tylko profil poprzeczny nawierzchni. Nośność nawierzchni nie zostaje zwiększona. Na kolejnych diagramach przedstawiono wykonywane czynności przy metodzie termoprofilowania, remiksingu oraz remiksingu plus.

Rys. 3. Termoprofilowanie

Rys. 4. Remiksing

Remiksing plus jest przetworzeniem istniejącej warstwy ścieralnej w warstwę wiążącą oraz ułożeniem na niej nowej cienkiej warstwy ścieralnej. Zagęszczenie warstw następuje po ułożeniu warstwy ścieralnej z nowej mieszanki MMA. Konieczne jest zastosowanie maszyny wyposażonej w 2 urządzenia rozkładające.

Rys. 5. Remiksing plus 

Ograniczeniami recyklingu na gorąco są przede wszystkim koleiny głębsze niż warstwa ścieralna, konieczność wzmocnienia nośności nawierzchni czy obecność urządzeń obcych (studzienki, zawory, włazy, itp.).

inż. Łukasz Dutka

Mieszanki mineralno-asfaltowe z dodatkiem granulatu gumowego

Roczna produkcja opon w Polsce osiąga 180 tysięcy ton (dziennie około 500 ton). Zużyte opony bardzo często wyrzucane są do potoków, rzek bądź są spalane. W trakcie spalania opon uwalniają się związki kadmu i dioksyn.  O ile wpływ dioksyn na zdrowie człowieka jest kwestią sporną między fachowcami, o tyle wpływ kadmu na zdrowie człowieka jest już niepodważalny. Związki te kumulują się głównie na nerkach  wątrobie. Połowiczny czas rozpadu kadmu z nerek wynosi około 15 lat – oznacza to, że po 15 latach od zaprzestania podawania kadmu jego stężenie zmniejszy się o połowę. 

Na ratunek przychodzi recykling, który wg Dz. U. z 2001 r. Nr 62, poz. 628 definiuje się jako "odzysk, który polega na powtórnym przetwarzaniu substancji lub materiałów zawartych w odpadach w procesie produkcyjnym w celu uzyskania substancji lub materiału o przeznaczeniu pierwotnym lub o innym przeznaczeniu, w tym też recykling organiczny, z wyjątkiem odzysku energii." 

Opony samochodowe mogą zostać przetworzone na miał gumowy i wykorzystane jako dodatek do mieszanki mineralno-asfaltowej. Prekursorem dodawania granulatu gumowego do mieszanki mineralno-asfaltowej był pochodzący z Arizony Charles McDonald. Technologię tę wykorzystano po raz pierwszy w 1966 roku w Phoenix do napraw cząstkowych nawierzchni drogowej. W Polsce najwięcej nawierzchni w tej technologii wykonuje się na Dolnym Śląsku.

Granulat gumowy zaleca się wytworzyć z opon samochodów osobowych. Guma z tych opon jest bardziej miękka niż z opon samochodów ciężarowych i łatwiej łączy się z asfaltem. Najpopularniejszymi sposobami wytworzenia miału gumowego są:

-kriogeniczne rozdrabnianie opon 

-mechaniczne rozdrabnianie opon

Rozdrabnianie kriogeniczne daje możliwość przerobu całych opon bez wcześniejszego ich rozdrabniania. Złom gumowy podlega mieleniu w niskiej temperaturze. Przy produkcji granulatu konieczne jest zastosowanie ciekłego azotu w ilości 1 kg na 1 kg wytworzonego miału. 

Mechaniczne rozdrabnianie jest metodą najczęściej stosowaną. Pierwszym etapem jest wstępne pocięcie opon. Drugim etapem jest mielenie odpadów gumowych w specjalnych młynkach. 

Otrzymany granulat gumowy mieszany jest bezpośrednio z lepiszczem (metoda wet) lub dodawany do kruszywa (metoda dry).

W przypadku metody na mokro (wet process) należy doprowadzić temperaturę asfaltu do około 180-190˚C. Następnie dozujemy granulat gumowy i mieszamy w mikserze z prędkością kilka tysięcy obrotów na minutę. Część granulatu pozostaje  w stanie  stałym, rozproszona w lepiszczu asfaltowym. W końcowej fazie mieszania  aby zapobiec rozsegregowaniu obu składników należy układ przepompować do następnego 

zbiornika, w którym asfalt dojrzewa. Proces dojrzewania polega na ciągłym mieszaniu przez okres 45-60 minut. Gotowe lepiszcze może być dostarczone na wytwórnię mas bitumicznych. Schemat procesu przedstawiono na rysunku. 

Rys. 1. Wet process

Metoda na sucho (dry process) jest metodą prostszą i szybszą niż modyfikacja lepiszcza metodą na mokro. Polega ona na zastąpieniu części kruszywa miałem gumowym o frakcji od 1,5 do 6 mm. Nie wykorzystujemy jednak w pełni właściwości gumy i tylko częściowo poprawiamy właściwości techniczne mieszanki bitumicznej. Granulat gumowy zachowuje się sprężyście w trakcie zagęszczania, co powoduje rozluźnienie struktury 

mieszanki, czego efektem jest duża zawartość wolnych przestrzeni, znaczna nasiąkliwość oraz mała mrozoodporność.

Zalety stosowania MMA z dodatkiem granulatu gumowego:

- kwestie ekologiczne 

- poprawienie odporności na deformacje trwałe MMA

- lepsza szorstkość nawierzchni

- krótsza droga hamowania pojazdów samochodowych

- odporność na czynniki środowiskowe (woda)

- zmniejszenie odbijania światła

- redukcja hałasu drogowego (2-3 dB)

Granulat należy dozować w ilości 10-20% w stosunku do masy asfaltu. Zbyt duża ilość może powodować uzyskanie mieszanki bitumicznej o trudnej urabialności w trakcie wbudowania.

Pierwszą inwestycją wykonaną w Polsce było nałożenie nakładki na drogę z płyt betonowych na ul. Przybyły we Wrocławiu. Wykonawca na własną odpowiedzialność wykonał nakładkę SMA 0/11 gr. 4 cm. Część drogi została wykonana z asfaltu gumowego (modyfikowany metodą  na mokro), kolejną część wybudowano metodą tradycyjną. Efekty widać na zdjęciach, które wykonano po pięciu latach od ułożenia nawierzchni. Granulat gumowy poprawił trwałość zmęczeniową MMA oraz odporność na deformacje trwałe.

Rys. 2. Wrocław - ul. Przybyły - MMA z dodatkiem granulatu gumowego

Rys. 3. Wrocław - ul. Przybyły - MMA wykonana technologią tradycyjną

Warto zwrócić uwagę na dodatek granulatu gumowego do mieszanki mineralno-asfaltowej. Stosowanie tej technologii przynosi wiele korzyści dotyczących ochrony środowiska oraz trwałości nawierzchni drogowych. Fachowcy twierdzą, że jest stosowanie asfaltu gumowego jest opłacalne dla biznesmenów, dla przedsiębiorców, a także dla zarządców dróg. 

inż. Łukasz Dutka

Literatura:

-asfaltgumowy.pl

-Materiały z przeróbki opon w nawierzchniach asfaltowych, referat, prof. Dariusz Sybilski, IBDiM

-Mieszanki mineralno-asfaltowe na bazie asfaltu modyfikowanego gumą redukujące hałas, Raport serii nr U 156/2009, A. Szydło, H. Koba