Opracowanie ekologicznego asfaltu, tzw. asfaltu zielonego dla szkockiego rynku budownictwa drogowego

Streszczenie artykułu przeznaczonego do prezentacji na Światowym Kongresie dot. Emulsji, 12–14 października 2010 r.

Streszczenie artykułu przeznaczonego do prezentacji na Światowym Kongresie dot. Emulsji, 12–14 października 2010 r.

Szkocka firma Tayside Contracts, założona przez władze lokalne, dążyła do opracowania zrównoważonego systemu układania nawierzchni drogowych. Kierowała się ona w pierwszej kolejności presją w zakresie stosowania ekologicznych rozwiązań oraz związanym z nimi wzrostem kosztów – w szczególności potrzebą ograniczenia emisji dwutlenku węgla oraz kosztami uzyskiwania kruszywa z kamieniołomów jak i ich składowania.

Środki finansowe zostały zapewnione przez szkocką organizację o nazwie „Scottish Enterprise Trust for a Knowledge Transfer Partnership”, którego zadaniem jest rozwijanie współpracy fachowców z branży drogowej oraz z kręgów akademickich. Zespół partnerski obejmował Tayside Contracts, Uniwersytet Dundee oraz firmę Nynas.

Celem przedsięwzięcia było opracowanie mieszanki układanej na zimno z użyciem destruktu asfaltowego i emulsji asfaltowej, która nadawałaby się do zastosowania w szkockiej sieci dróg. Projekt badawczy otrzymał tytuł „Dodawanie wartości w procesie utylizacji kruszyw budowlanych poprzez opracowanie i wdrożenie technologii mieszanki asfaltowej na zimno z wykorzystaniem destruktu asfaltowego”. Prace trwały 3 lata.

2. Badania eksperymentalne

Kluczowe elementy procesu badawczo –rozwojowego dotyczyły trzech obszarów: opracowania odpowiednich urządzeń, projektów laboratoryjnych i optymalizacji mieszanki w wytwórni mieszanek bitumicznych.

I) Wyznaczono zakład produkcyjny mieszanek na gorąco w celu przystosowania go do wytwarzania zimnej mieszanki asfaltowej z wykorzystaniem destruktu asfaltowego. Zidentyfikowano następujące trudności:

a) Maksymalizacja ilości zimnego destruktu asfaltowego dodawanego do mieszalnika;
b) Przetwarzanie destruktu in situ (na miejscu);
c) Bezpieczne i precyzyjne podawanie zimnej emulsji asfaltowej;
d) Kontrola wilgotności;
e) Optymalizacja procesu mieszania.

W następstwie przeprowadzonej kontroli wytwórni mieszanki bitumicznej i miejsca budowy przygotowano plan projektu dla procesu produkcyjnego. Uzyskano w tym celu niezbędną pomoc finansową ze strony władz centralnych.

II) Projekt mieszanki na etapie laboratoryjnym został opracowany przez Wydział Inżynierii Lądowej i Wodnej Uniwersytetu Dundee, przy wykorzystaniu porad i pomocy ze strony Nynas (firma posiada bogate doświadczenie w zakresie obróbki mieszanek na zimno), a także należącej do firmy Nynas placówki badawczej asfaltów w Eastham w Anglii.

Prace badawczo-rozwojowe koncentrowały się na uzyskaniu mieszanki do warstwy podbudowy i/lub wiążącej nawierzchni drogowej. Materiałem była przede wszystkim ścisła mieszanka mineralno-asfaltowa (DBM) lub mieszanka mineralno-asfaltowa o uziarnieniu nieciągłym z wciskanymi grysami (HRA). Uznano, że konieczne jest dodanie kruszywa dziewiczego w celu maksymalizacji gęstości oraz zmniejszenie udziału lepiszcza w mieszance z destruktem asfaltowym.

Przesiany destrukt asfaltowy zmieszano z kruszywem dziewiczym różnych rozmiarów. Materiały zostały osuszone. Dodano wodę w celu wstępnego nawilżenia w proporcji 0–6%, mieszając materiały z od 3% do 5% emulsji asfaltowej 60% wyprodukowanej z użyciem lepiszcza asfaltowego o penetracji 40–60. Użyto prasy żyratorowej do zagęszczania, a próbki poddano utwardzaniu w temperaturze 28°C przez okres sześciu miesięcy. Próbki testowano w regularnych odstępach, z jednoczesnym monitorowaniem utraty wilgoci i nabierania sztywności. Uzyskane w ten sposób dane wskazały dwóch potencjalnych kandydatów.

III) Po wykonaniu powyższych prac skoncentrowano się na produkcji, zapewniając dokładne mechanizmy kontrolne gwarantujące osiągnięcie docelowej klasy materiału i poziomu udziału dodatków, określonych w trakcie badań laboratoryjnych. Ponadto zbadano i zoptymalizowano trwałość użytkową zmieszanego materiału. Monitorowano zapasy materiału: badania laboratoryjne wykazały, iż trwałość użytkowa wynosi od 21 do 28 dni.

3. Badania terenowe

Przeprowadzono szereg badań na drogach i chodnikach z uwzględnieniem różnych czynników lokalnych, takich jak natężenie ruchu i obciążenie, w celu ustalenia, czy materiał nadaje się do użytku. W trakcie szeregu badań pobrano próbki produkcyjne oraz terenowe do badań laboratoryjnych. Niektóre przykładowe badania terenowe wymieniono poniżej.

a) Kamieniołomy Collace – lipiec 2006
Odcinek drogi prowadzący do kamieniołomów w Collace w Szkocji wybrano do próby wewnętrznej w celu określenia przydatności metody in situ dla produkcji opracowanej mieszanki na zimno. Po 44 miesiącach i przewiezieniu po drodze ponad miliona ton kruszyw, odcinek testowy nie nosił żadnych śladów deformacji.

b) Osiedle mieszkaniowe – wrzesień 2007
Gdy zaufanie do nowego materiału wzrosło, zaoferowano go jako alternatywę do przebudowy drogi na osiedlu mieszkaniowym w Dundee.

c) Zajezdnia autobusowa – maj 2008
Materiał został zatwierdzony przez radę miasta Stirling do wykorzystania jako warstwa podbudowy, po czym zastosowano go na odcinku zajezdni, obejmującym plac manewrowy dla autobusów z ostrymi zakrętami.

d) Droga główna A90 – listopad 2008
Zimna mieszanka asfaltowa Tayside Contracts z wykorzystaniem destruktu asfaltowego została oficjalnie wprowadzona na rynek i zaaprobowana przez szkockie Ministerstwo Finansów i Zrównoważonego Rozwoju. W rezultacie, Transport Scotland zgodził się wypróbować zimną mieszankę na odcinku sieci dróg głównych Szkocji. Wybudowany odcinek testowy pozwolił zmniejszyć emisję CO2 o 43 tony w porównaniu z mieszanką gorącą.

Dane wyjściowe oraz wyniki wszechstronnych badań mieszanki na zimno wykazały, iż materiał jest odpowiedni do użytku na drogach kategorii 2, 3 i 4 w Szkocji, gdzie kategoria 4 oznacza pomniejsze drogi wiejskie i miejskie, a kategoria 2 oznacza drogi uczęszczane regularnie przez autobusy i samochody ciężarowe z obciążeniem do 10 msa [milionów standardowych osi].

Wnioski

Zrealizowane przedsięwzięcie wykazało, iż materiały w postaci zimnych mieszanek asfaltowych można traktować jako alternatywę dla mieszanek na gorąco w określonych warunkach, dzięki czemu pozwolą one branży drogowej w sposób istotny ograniczyć emisję CO2.