Využití odpadní mleté gumy do protihlukových asfaltových kryt Ing. Ji í Plitz
Paramo, a.s., P erovská 560, 530 06 Pardubice
a) Charakteristika Využití odpadní mleté gumy z ojetých pneumatik do asfaltových vozovek p edstavuje zajímavý ale nesnadný zp sob využití tohoto materiálu. Modifikace silni ních asfalt mletou gumou je nyní ve sv t populární a odpovídá sou asným trend m udržitelného rozvoje. Obrus z ojetých pneumatik je jako modifikátor nízko nákladový, jeho využití do silni ních asfalt p edstavuje jeho nejlepší využití, které by m lo mít p ednost p ed využitím energetickým, tj. spalováním v cementárnách a elektrárnách. Nevýhodou jsou ur itá omezení v stálosti vlastností a vyšší náro nost v technologii výroby asfaltových sm sí. V zásad se razí dva trendy t chto „gumoasfaltových“ pojiv a sm sí, totiž koncentrovaný, který se nejvíce rozší il v Americe (Arizona, Kalifornie, Florida) a aplikuje se na obalovnách asfaltových sm sí a mén koncentrovaný, tzv. „terminálový“ zp sob výroby, který se asto provozuje v rafineriích. Mletá guma mísená s asfaltovým pojivem p i teplotách nad 150 °C absorbuje z asfaltu olejové podíly, postupn bobtná a z ásti se rozpouští. ástice s velkým m rným povrchem rychleji bobtnají, rychleji nar stá viskozita pojiva, ástice se lépe vznášejí, sedimentace je pomalejší. Dochází nejprve k zvýšení viskozity, asem k postupnému zmenšování ástic vlivem devulkanizace a depolymerace a k poklesu viskozity. Termální postupná degradace struktury CRmB je nežádoucí a proto se doba skladování zkracuje na 3 dny. Mletá guma tak ovliv uje a modifikuje reologické a fyzikáln mechanické vlastnosti asfaltu. Ve sm si s kamenivem p ispívá k zvýšení odolnosti k plastickým deformacím na úrovni asfalt modifikovaných synthetickými elastomery, dále zlepšuje odolnost k vzniku mrazových trhlin. Hlavním o ekávaným p ínosem asfalt s mletou gumou jsou však zlepšené protihlukové vlastnosti asfaltových koberc . K doložení t chto vlastností je nezbytná spolupráce se silni ními organizacemi. Hledáme možnost dostat se na pokusný úsek. To je náplní letošního roku vývoje. Poznatky ze zkoušení a p ípadného dalšího vývoje v laborato i budou p edstavovat zp tnou vazbu na optimalizaci složení. Sou asn však pro technologie nízkohlu ných vozovek máme p ipravené nové druhy polymerem modifikovaných asfaltových pojiv, takže se nakonec bude vybírat nejlepší ešení. b) Technologie gumoasfaltových pojiv a sm sí Technologie silni ních „gumoasfalt “ jsou známy od 60tých let 20.století. Aplikovaly se r znými zp soby a potýkaly se s astými nezdary. Nejjednodušší zp sob p idávání granulátu p ímo na obalovn asfaltových sm sí, tzv. suchý zp sob (dry-proces), vedl asto k velkým kvalitativním výkyv m a ke krátké životnosti asfaltového krytu vozovky. P evážily postupn zdokonalované mokré zp soby modifikace (wet-proces). Vyzna uje se vyšší spolehlivostí výsledného ú inku gumy a vyšší zárukou parametr sm sí i vrstev. P i mokrém zp sobu se nejprve modifikuje asfaltové pojivo mletou gumou a p i dosažení ur itých vlastností, což závisí na celé ad parametr , se modifikované pojivo dávkuje do za ízení obalovny. Navrhují se a vyráb jí r zné druhy gumoasfaltových pojiv (zna ených CRmB = Crumb Rubber modified Bitumen), které se liší tuhostí (v Evrop zpravidla podle zkoušky penetrace
p i 25°C, v USA podle výkonnostního stupn PG), obsahem mleté gumy (v rozsahu 5 až 20 %), granulometrií použitého granulátu a p ípadnými dalšími p ísadami. Zásadním problémem technologií asfalt modifikovaných gumovým granulátem je jeho menší i v tší nehomogenita. Obrus z pneumatik se v asfaltu úpln nerozpustí a nerozpušt né ástice zp sobují sedimentaci b hem skladování. Proto se v moderních technologiích zavádí ada opat ení – zkracuje se doba zpracování a skladování, vybírá se vhodný asfalt i granulát, provádí se výroba pojiva p ímo na obalovn nebo se p idávají kompatibiliza ní p ísady. Nerozpušt ný podíl elastických pryžových ástic m že mít i výhodu, nebo p ítomnost elastických áste ek v pojivu a sm si p ispívá k zvyšování odolnosti k tvorb mikrotrhlin za nízkých klimatických teplot. Elastická ástice dokáže zastavit jejich ší ení. Tento efekt není u pln homogenních polymerem modifikovaných pojiv pozorován. Bylo zjišt no, že vyšší aromaticita asfaltového polotovaru je pro mísení granulátu výhodn jší. Z jemn mletých granulát byla vyhodnocena jako optimální frakce 0,5 až 1 mm. Jemn jší prach má tendenci k poklesu funk ních vlastností pojiva po nezbytnou dobu skladování 1 až 3 dni. Hrubší granulometrie granulátu zhoršuje skladovací stabilitu. c) Protihlukové povrchy vozovek Asfalty modifikované mletou gumou nacházejí uplatn ní zejména v speciálních obrusných vrstvách vozovek. Sem pat í koberce s otev enou strukturou a vysokou mezerovitostí, které lépe odvád jí povrchovou deš ovou vodu a pohlcují hluk. Tato dv hlediska nabývají v poslední dob nejv tšího významu, nebo souvisejí s bezpe ností silni ního provozu a s životním prost edím. Hodnocení položených úsek asfaltových kryt s gumovým granulátem ukázala, že protismykové vlastnosti se b hem užívání nezhoršují. Také propustnost vrstvy brání vzniku souvislého filmu a p ispívá k bezpe nosti provozu. Hlukové emise u drenážního koberce s gumoasfaltem byly nižší o 3 až 8 dB(A), což pro lidské ucho znamená, jakoby po et aut klesnul o polovinu až 9/10. Zanášením povrchových pór ne istotami a prachem však propustnost po 2 letech klesá a snížení protihlukových vlastností dosahuje již jen 1 až 2 dB(A). Ve volné trase vozovky dochází k samo istícímu efektu sáním pneumatik, avšak místy m že docházet až k rozpadání povrchu. Zdá se, že sací efekt pneumatik na velmi pružných vrstvách má negativní dopad na jejich trvanlivost. Protihlukové koberce se navrhují v r zných normovaných i speciálních složeních. Nejv tší snížení hluku se zjiš ují u otev ených drenážních koberc (PA). Kaverny otev ené struktury pohlcují hluk a v í se, že elastické ástice gumy v pojivu rovn ž p ispívají k snížení hluku. Životnost drenážních koberc je však krátká. V tší d v ra se vkládá do nových typ mastixových koberc s otev en jší strukturou a sníženou hlu ností (SMA LA - Splitt Mastix Asphalt - Lärmminderung Asphalt). Jejich výhodou je, že se nezanášejí a mají vyšší únosnost a trvanlivost. Obrusné asfaltové vrstvy s obsahem gumového granulátu se jako protihlukové koberce za aly úsp šn pokládat v N mecku od r.2007. Bylo dosaženo snížení hluku 4 až 5 dB(A) p i rychlosti provozu 50 km/h. Za další výhody byla ozna ena vyšší odolnost únav , delší životnost vrstev. Potenciál snížení hlu nosti je u vrstev s gumovým granulátem o 1-2 dB(A) vyšší než u polymerem modifikovaných asfaltových vrstev. Antioxidanty obsažené v pneumatikách a následn v granulátu významn zpomalují stárnutí asfaltu, což m že snížit náklady na údržbu. Granulát má i tepeln izola ní efekt, sm s se tolik neochlazuje. Nižší je i nalepování obalených sm sí na korby nákladních aut a za ízení finišeru je sníženo.
Na eské vozovky p icházejí asfaltová pojiva s mletou gumou od r zných výrobc a to i p es velkou sou asnou recesi v silni ním stavitelství. Vývojem gumoasfaltových pojiv a sm sí se v R zabývalo n kolik pracoviš , nejvíce VUT Brno. Pokládají se protihlukové koberce s vyšším nebo nižším obsahem mleté gumy. Vyšší obsah gumy nevede k vyšším úsporám, nebo vyšší kašovitá konzistence vyžaduje zvýšení obsahu pojiva ve sm si a k jejímu zdražení. Terminálová pojiva s p ibližn polovi ním obsahem gumového granulátu mají své vlastnosti blízké vlastnostem asfaltových pojiv polymery modifikovaných a obsah v asfaltové sm si je jen nepatrn zvýšený a cenová kalkulace podstatn p ízniv jší. Nevýhodou je vyšší náchylnost k sedimentaci. Pojiva typu CRmB nabízejí do protihlukových koberc firmy GAsfalt, Shell a také Paramo. Ministerstvo dopravy zavedlo p edb žné technické podmínky TP 148 „Hutn né asfaltové vrstvy s asfaltem modifikovaným pryžovým granulátem“. K m ení protihlukových vlastností asfaltových obrusných vrstev (koberc ) se používá n kolik metod. Podle ISO 362 (M ení emise hluku silni ních vozidel za akcelerace) se m í hluk vznikající p edevším z motoru, a to mikrofonem po obou stranách vozidla. Podobná je ISO 7188 (M ení hluku vyza ovaného osobními vozidly za podmínek reprezentujících m stský provoz). Podle SN ISO 10844 (Specifikace zkušebních drah pro m ení hluku vyza ovaného silni ními vozidly) se specifikuje zkušební povrch, aby neabsorboval hluk vyza ovaný vozidly a aby se minimalizoval rozdíl v m ení hluku vozidel na r zných tratích. Naproti tomu SN ISO 13472-1 je zkušební metodou pro m ení in-situ initele zvukové pohltivosti povrch vozovky jako funkci frekvence p i kolmém dopadu (metoda SPB). Je ur ena pro m ení p i stavb silnic, jejich údržb a dalších studiích hluku z dopravy. Je založena na ší ení zvukového signálu ve volném poli od zdroje k povrchu vozovky na ploše 3 m2 a zp t k p ijíma i ve frekven ním rozsahu v t etinooktávových pásmech od 315 Hz do 2 kHz. V R je velmi oblíbená metoda CPX m ící hluk p i odvalování pneumatiky pomocí mikrofonu (ISO/CD 11819-2 M ení vlivu povrch vozovek na dopravní hluk, ást 2: Metoda malé vzdálenosti CPX). d) MOFALT RMB Vývoj asfaltového pojiva s mletou gumou byl proveden i v pardubickém Paramu s p isp ním VÚAnCh Litvínov. Bylo vyvinuto pojivo nazvané Mofalt RMB terminálového typu, jehož vlastnosti jsou na úrovni polymerem modifikovaných pojiv se zvýšenou výkonností. Skladovací stabilita gumoasfaltového pojiva byla zabezpe ena p ídavkem kompatibiliza ní p ísady. Zkoušky vzork Mofaltu RMB v silni ní laborato i VUT Brno ukázaly, že t ídenním tepelným zatížením (180 °C) nedochází k degradaci asfaltokau ukového kompozitu – mírn vzroste bod m knutí, dynamická viskozita a z stává zachována elasti nost (resilience 30 až 40 %). Pojivo RMB je tedy 3 dni skladovatelné bez poklesu podstatných vlastností. Zkoušky funk ních vlastností pojiva RMB ukázaly, že horní kritická teplota tuhosti (podle parametru G*/sin ) dosahuje až 82 °C, což je dostate né k zajišt ní odolnosti asfaltových sm sí k vyjížd ní kolejí a v shod s dosahovanými vlastnostmi polymerem modifikovaných ekvivalentních pojiv. Dolní kritická teplota tvorby trhlin (parametr S = 300 MPa) dosažena p i -22 °C, tj. o cca 3 °C níže než porovnávaný standardní se syntetickým polymerem. Zkoušky na porézních sm sích PA 8 provedené ve VUT Brno ukázaly, že s pojivem Mofalt RMB lze dosáhnout sm si se srovnatelným modulem tuhosti a nízkoteplotními charakteristikami jako p i použití polymerem modifikovaného pojiva se zvýšeným obsahem polymeru.
V íjnu 2011 prob hla první zkušební výroba Mofaltu RMB v rafinerii Paramo v množství 10 tun pojiva. Pojivo bylo expedováno druhý den na obalovnu firmy Skanska a použito k výrob asfaltové sm si n meckého typu SMA LA. Horký balený mastix byl téhož dne položen finišerem v tlouš ce 3 cm na 250 m dlouhý úsek komunikace u obalovny po p edchozí aplikaci spojovacího post iku. P i výrob a pokládce sm si s Mofaltem RMB nebyly zjišt ny žádné problémy, nezjišt n ani charakteristický zápach zah áté gumy. Mofalt RMB získal technické osv d ení a certifikát, ímž je p ipraven na další aplikace zlepšující naše životní prost edí.
Vzhled otev ené struktury protihlukového koberce s pojivem MOFALT RMB
Pokládka protihlukového koberce SMA LA
