ENVIROMENTÁLNE TECHNOLÓGIE – nové stroje a zariadenia. RECYKLÁCIA – triedenie a úprava odpadov. OBNOVITEĽNÉ ZDROJE ENERGIE – energetická a materiálová efektívnosť.

Využitie recyklátov do konštrukcií vozoviek


Recyklácia stavebných materiálov je dôležitý nástroj na zachovanie udržateľného rozvoja a možný kompromis medzi ekonomickým rastom a ochranou životného prostredia. V súčasnosti treba riešiť otázku úspory energetických prírodných a surovinových zdrojov. Klasické prírodné zdroje sa čoraz viac zmenšujú a, naopak, skládky s priemyselným odpadom sa zväčšujú, zaberajú pôdu a ničia životné prostredie. Je nevyhnutné zaoberať sa problematikou úspory prírodného stavebného materiálu pri výstavbe a rekonštrukcií cestnej siete a nahrádzať ho druhotným odpadom. Pri návrhu hydraulicky stmelených zmesí je možné používanie rôznych druhov recyklátov ako kvalitnej náhrady za prírodné zdroje kameniva.


Materiály použiteľné v konštrukcii vozoviek a v zemnom telese

Pri správnom spôsobe a mieste použitia recyklovaných stavebných materiálov, ktoré vznikli z odpadov alebo ako vedľajšie výrobné produkty, sú väčšinou porovnateľné kvalitou so súčasne použiteľnými štandardnými prírodnými materiálmi. Na použitie v konštrukcii vozovky možno navrhnúť betónový recyklát, asfaltový recyklát, recyklát, ktorý vznikol z konštrukcií vozoviek, zmesný recyklát a ako najvhodnejší R-materiál. R-materiál získame frézovaním asfaltových vrstiev krytu, kde sa nachádza viac ako 95 % hmotnosti asfaltových materiálov a maximálne 5 % hmotnosti ostatných recyklovaných materiálov.

Pri výstavbe zemného telesa možno použiť materiály, ktoré vznikli ako „odpad“ pri spaľovaní v tepelných elektrárňach (popolčeky) a použiť ich na zlepšenie vlastností zemného telesa, odolnosti proti namŕzaniu, zhutniteľnosti atď. Ďalšia možnosť na zlepšenie vlastností a kvality podložia je použitie vápna. Pri laboratórnych overeniach sa práve vápno osvedčilo ako vhodnejšie na použitie. Ďalší odpadový materiál použiteľný v konštrukcii vozovky, ale aj v zemnom telese je vysokopecná troska. Jej vlastnosti zodpovedajú kvalitatívnym požiadavkám na cestné stavebné materiály, jedinou podmienkou je ich chemická stálosť.

Použitie betónových recyklátov je prakticky možné v stmelených aj nestmelených podkladových konštrukčných vrstvách. Takisto sa dajú použiť do zmesí stmelených asfaltovým alebo hydraulickým spojivom. Vybúraním alebo vyfrézovaním krytových vrstiev asfaltovej vozovky získavame materiál, ktorý je definovaný ako asfaltový R-materiál. V súčasnosti platí norma [2], ktorá upravuje použitie R-materiálu v konštrukcii vozovky pre asfaltové zmesi, nie však pre zmesi stmelené hydraulickými spojivami. Použitie znovu získaného materiálu asfaltového R-materiálu má mnoho výhod: zvyšovanie kvalitatívnych parametrov zmesi (pevnosť v tlaku, pevnosť v priečnom ťahu), šetrenie prírodných surovinových zdrojov, ekonomické výhody.


Cementom stmelená zmes s R-materiálom

Príspevok je zameraný na použitie asfaltového R-materiálu v zmesiach stmelených cementom, ich návrh a experimentálne overovanie vlastností zmesí.

Cementom stmelená zrnitá zmes CBGM (po ang. cement bound granular mixture) je definovaná ako hydraulicky stmelená zrnitá zmes s kamenivom vymedzenej zrnitosti a s cementom alebo s hydraulickým cestným spojivom typu E zmiešaná takou technikou, ktorá zabezpečí homogenitu zmesi.

V STN EN 14 227-1 [3] uvádza požiadavky na základné materiály a výslednú zmes:

  • spojivo: cement musí vyhovovať EN 197-1, v našich podmienkach vyhovuje cement triedy 32,5N, 42,5N a 52,5N (napr. spoločnosť HOLCIM),
  • norma kladie požiadavku len na minimálny obsah spojiva v závislosti od maximálnej veľkosti zrna kameniva,
  • kamenivo musí vyhovovať EN 13242, môže teristickej pevnosti v prostom tlaku (systém I) po 28 dňoch zrenia skúšobného telesa


Návrh zmesi

Laboratórny návrh hydraulicky stmelenej zmesi spočíva v návrhu zloženia zmesi, v stanovení zhutniteľnosti a pevnosti v tlaku. Bolo navrhnutých niekoľko variantov zmesi CBGM C5/6 , ktoré sa odlišujú rôznym percentuálnym podielom R-materiálu a obsahom spojiva v stavebnej zmesi (tab .1).

Tab. 1 Pevnostné charakteristiky zmesi CBGM


Laboratórne overovanie vlastností

Na výrobu zmesi stmelenej cementom boli použité tieto stavebné materiály:

  • kamenivo prírodné, štrkodrvina frakcie 0/32, lom Jabloňové (obr. 1)
  • pre kamenivo bola stanovená skúška zrnitosti (STN EN 933-1) a vykreslená čiara zrnitosti,
  • vyfrézovaný asfaltový R-materiál (obr. 2)
  • tento materiál bol vyfrézovaný z krytu diaľnice D1 a podrobený laboratórnej skúške extrakcie za horúca, čím sa stanovil obsah zostatkového spojiva 5,7 % hmotnosti a skúška zrnitosti, portlandský cement CEM 42,5N podľa EN 197-1,
  • voda pitná podľa EN 1008.

Obr. 1 Kamenivo štrkodrvina 0/32

Obr. 2 Vyfrézovaný asfaltový R-materiál


Pre zmes CBGM C5/6 bola navrhnutá výsledná čiara zrnitosti kameniva pre všetky varianty A, B, C, ktorá vyhovela medzným čiaram podľa STN EN 14227-1. Skúškou zhutniteľnosti modifikovaný podľa Proctorovej metódy (STN 72 1015) boli zistené hodnoty maximálnej objemovej hmotnosti a optimálnej vlhkosti navrhnutých zmesí. Skúšobné telesá na stanovenie pevnosti v tlaku tvaru valca s priemerom 150 mm a výškou 120 mm boli vyrobené vždy po 3 kusy pre každý navrhnutý variant (9*3=27 kusov) v Proctorovom prístroji podľa normy prEN 13286-50. Po výrobe boli telesá uložené vo vlhkom prostredí 28 dní, ako predpisuje norma STN EN 13286-41, a následne odskúšané v laboratórnom zariadení. Namerané hodnoty pevnosti v tlaku a klasifikácia podľa tried pevnosti s ú v tabuľke 1.

V tabuľke 2 je uvedený hmotnostný podiel použitého stavebného materiálu na 1 tonu zmesi CBGM. V prípade variantu A by sa ušetrilo 96 kg/tonu zmesi prírodného kameniva, v prípade variantu B 147 kg/tonu zmesi a pri variante C sa usporí 188 kg/tonu zmesi. Variant C sa zdá ako najpriaznivejší v otázke úspory prírodných surovinových zdrojov a stále spĺňa kvalitatívne požiadavky a je klasifikovaný do pevnostnej triedy C3/4.

Tab. 2 Použitý stavebný materiál na 1 tonu zmesi CBGM


Záver

Použitie akéhokoľvek „odpadového“ materiálu je úsporou prírodných zdrojov a zhodnotením materiálu, ktorý bol už raz použitý, ak jeho kvalitatívne parametre umožňujú použiť ho pri stavbe konštrukcie vozovky alebo zemného telesa. Šetrí sa tým priestor na skládkach stavebného odpadu a využívajú sa hodnotné stavebné materiály. Použitie vyfrézovaného asfaltového materiálu v hydraulicky stmelených zmesiach sa ukázalo ako vhodné riešenie pri otázke šetrenia s prírodnými vyčerpateľnými zdrojmi surovín. Prírodné kamenivo je možné čiastočne nahradiť umelým, recyklovaným kamenivom a dosiahnuť tak viac či menej kvalitné podkladové vrstvy stmelené cementom. Navrhované zmesi CBGM sú vhodné na použitie vo vozovkách pri výstavbe ciest I., II. a III. triedy, ako i odstavných plochách, parkoviskách v závislosti od požadovanej kvality.

Príspevok bol vypracovaný v rámci projektu VEGA 1/0501/17 „Environmentálne akceptovateľné materiály a technológie na stavbu dopravných plôch“.

Literatúra

  • STN EN 13108-8 Asfaltové zmesi. Požiadavky na materiály. Časť 8: R-materiál
  • STN EN 14227-1 Hydraulicky stmelené zmesi. Špecifikácie. Časť 1: Cementom stmelené zmesi, špecifikácie
  • STN EN 14227-1 Hydraulicky stmelené zmesi. Špecifikácie. Časť 1: Cementom stmelené zmesi špecifikácie

Doc. Ing. Katarína Bačová, PhD.,
KDOS Stavebnej fakulty STU
v Bratislave

Fotogaléria k článku