CZ33922U1 - Stmelená směs pro podkladní vrstvy vozovek, pohlcující tahová napětí - Google Patents

Description

Stmelená směs pro podkladní vrstvy vozovek, pohlcující tahová napětí

Oblast techniky

Technické řešení spadá do oblasti konstrukčních materiálů pro výstavbu vozovek a týká se směsi s recyklovaným asfaltovým materiálem, dále označovaným jako R-materiál, a dalšími složkami stmelené asfaltovým pojivém, určené pro podkladní asfaltové vrstvy vozovek.

Dosavadní stav techniky

Stmelená směs se zpravidla používá jako konstrukční materiál do podkladních vrstev extravilánových vozovek. Jedná se o kompozitní materiál obsahující plnivo (recyklovaný materiál z asfaltového koberce mastixového - SMA) ve formě geometricky uspořádaného recyklovaného kameniva obaleného zbytky použitého starého asfaltového pojivá, recyklovaný polyetylén (LDPE), recyklovaná pryž frakce % mm získaná z ojetých pneumatik, přírodní kamenivo jemné frakce a asfaltové pojivo (optimálně penetrační třídy 70/100 dle ČSN EN 1426). Plnivo stmelené směsi sestává z několika frakcí kameniva určité velikosti, které jsou v celkové směsi proporcionálně zastoupeny tak, že jednotlivá zrna vytváří vzájemně zaklíněnou kostru. Takto geometricky uspořádané recyklované kamenivo je stmeleno asfaltovým pojivém, přičemž optimální množství asfaltu potřebného pro dostatečné stmelení směsi je stanovováno podle dřívějších zkušeností po provedení optimalizace množství pojivá na základě parametrů několika sad s různým dávkováním pojivá.

Jsou známy také směsi pro stavební účely, obsahující drcenou pryž frakce 0/1 mm. Tato specifická směs označovaná jako SAL (stress absorbing layer) se vyrábí výhradně v obalovně asfaltových směsí.

Pro výrobu stmelené směsi v míchacím centru nebo zemní frézou na místě stavby se nejprve provádí návrh asfaltem stmelené recyklované směsi v laboratoři. Tento návrh zahrnuje po zkouškách použitého materiálu i výrobu směsi podle navržené receptury a v první fázi kontrolu pevnostních parametrů, zejména požadované pevnosti v příčném tahu stanovené po zhutnění v Marshallově zhutňovači 50 údery na každou stranu zkušebního tělesa a stanovením objemové hmotnosti zhutněné stmelené směsi. Na základě výsledků těchto zkoušek je možné vydat stavebně technické osvědčení a pro míchací centrum nebo pro konkrétní stavbu zpracovat výrobní předpis.

Pro stanovení požadavků vlastností stmelených směsí asfaltem se používají zavedené zkušební metody. Zkušební postupy jsou popsány v sadě evropských norem pro zkoušení asfaltových směsí ČSN EN 12697.

Při modernizacích a rekonstrukcích krytů netuhých vozovek pozemních komunikací je dosud skládkováno velké množství R-materiálu dle ČSN EN 13108-8. Úkolem předkládaného technického řešení je přispět k maximálnímu využití tohoto „sekundárního“ asfaltového materiálu, který bude po roce 2025 podléhat vysokým poplatkům za skládkování.

Dalším cílem předkládaného technického řešení je vyrobit z R-materiálu asfaltem stmelenou vrstvu se zvýšenou schopností pohlcovat v nižších vrstvách vozovky vzniklá tahová napětí, které jsou příčinou vzniku reflexních trhlin v konstrukcích vozovek.

Podstata technického řešení

Stanoveného cíle je do značné míry dosaženo návrhem asfaltem stmelené recyklované směsi

- 1 CZ 33922 U1 s vhodně nastaveným poměrem množství R-materiálu, pryžového granulátu, polyetylénových vláken z recyklovaného materiálu a asfaltového silničního pojivá.

Podstata asfaltem stmelené směsi podle technického řešení spočívá vtom, že obsah asfaltového pojivá ve stmelené směsi je 35 až 50 kg na tunu suché směsi tvořící plnivo, přičemž toto plnivo sestává z 80 až 85 % hmoto. R-materiálu, 10 až 15 % hmota, drobného kameniva o velikosti do 2 mm, 1 až 2 % hmota, polyetylénových vláken a 3 až 5 % hmota, drcené odpadní pryže, a přičemž rozdělení velikosti zrna R-materiálu v celé oblasti velikosti zrna vyhovuje vztahu

Pd<Yd kde Pd je propad v procentech hmotnostních zjištěný na sítě o velikosti oka d,

Y_d = (d/Dý’⁵ x 100,

D je maximální velikost zma v mm, d je velikost oka síta v mm.

R-materiál je tvořen různými frakcemi podle velikosti zma, přičemž maximální velikost zrna je s výhodou menší nebo rovná 11 mm. Rozdělení velikosti zm je zjistitelné sítovým rozborem.

R-materiál je druhotný materiál z krytů vozovek, vznikající při frézování nebo vybourávání starého asfaltového kryta a následném drcení a třídění do požadované zrnitosti. Předpokládá se, že tento materiál splňuje environmentální požadavky kladené vyhláškou MZP č. 130/2019 Sb.

Drobné kamenivo (drcené nebo těžené) je standardně vyráběný výrobek s danými vlastnostmi splňujícími CE nebo požadavky průkazních zkoušek zkoušeného přírodního kameniva.

Drcená odpadní pryž je odpadní materiál z likvidace ojetých pneumatik (označovaný také jako CR, Crumb Rubber). Vzniká mechanickým rozrušením za normální teploty nebo kryogcnním podchlazením a mechanickým rozrušením. Požadovaná zrnitost vzniklého recyklovaného produktu závisí na nastavení strouhacích otvorů v mechanickém oddělovacím zařízení.

Polyetylenová odpadní vlákna jsou ekologicky vyrobená vlákna z odpadních mikrotenových sáčků a dalších PE produktů, s výhodou z odpadních obalů z nízkohustotního polyethylenu (LDPE), například z polyetylenových trhaných mikrotenových sáčků. Vlákny se rozumí plošné útržky mající největší rozměr, označovaný zde jako délka, alespoň 20 mm, přičemž mohou mít šířku dosahující až poloviny délky.

Asfaltové pojivo 70/100 dle ČSN EN 1426 je standardně vyráběný výrobek s danými vlastnosti splňujícími udělený certifikát kvality.

Kombinací zbytkového asfaltového pojivá v R-materiálu a externě přimíchaného asfaltového pojivá, s výhodou asfaltového pojivá penetrační třídy 70/100, lze dosáhnout požadovaného stmelení jednotlivých složek navrhované směsi. Drobným kamenivem 0/2 mm lze doplnit neúplnou čáru zrnitosti R-materiálu a dosáhnout tak optimálního zmitostního složení navrhované směsi. Složkami CR a LDPE se dosahuje v navržené stmelené směsi efektu zvýšené poddajnosti, potřebné při vysokém zatížení v tahu ke kompenzaci tahového napětí.

Předkládaným technickým řešením se dosahuje vyššího účinku a životnosti asfaltem stmelených směsí s R-materiálem do podkladních vrstev bez nutnosti okamžité opravy a údržby reflexních trhlin, zejména na lokálně dopravně přetížených silnicích III. třídy a místních účelových komunikacích s obvyklou VI. třídou dopravního zatížení TDZ. Čára zrnitosti, která vyhovuje výše uvedenému vztahu dle technického řešení, je plynulá, dochází tudíž k vzájemnému zaklínění

-2CZ 33922 U1 zm hrubší a jemné frakce a provázání s drcenou pryží a polyetylenovými vlákny, které napomáhají přenášení dopravního zatížení za zvětšených deformací, což je charakteristické především u tenkých (hospodárně) navržených konstrukcí vozovek pozemních komunikací s nízkým dopravním zatížením. Stmelené směsi pohlcující tahové napětí s maximální velikostí zrna 11 mm je vhodné pokládat v konstrukci vozovky pod minimálně 2 asfaltové vrstvy krytu bezprostředně na podkladní vrstvy ze směsi stmelené hydraulickým pojivém porušené reflexními trhlinami.

Tuto technologii je možné použít zejména na rekonstrukce silnic III. třídy a účelových komunikací s třídou dopravního zatížení TDZ V a VI.

Kvůli omezenému výskytu vhodného R-materiálu výše uvedených vlastností použitelného do stmelené směsi podkladní vrstvy je popisovaná směs optimálně použitelná především do intravilánových dopravních staveb místních komunikací a jiných dopravních ploch omezených plošných rozměrů.

Stmelená vrstva s R-materiálem pohlcující tahové napětí podle technického řešení má vysokou poddajnost a zvýšenou odolnost proti šíření trhlin, zejména má větší průtažnost než běžně používané netuhé a tuhé vrstvy, což přispívá k optimální kompenzaci tahových napětí a tím dochází ke zpomalení šíření reflexních trhlin. Tento problém je charakteristický zejména pro netuhé vozovky s poddimenzovaným krytem a stmelenými podkladními vrstvami. Využitím Rmateriálu a kompozitu odpadní drcené pryže a polyetylenových vláken je možné eliminovat vznik těchto trhlin jak v podkladních vrstvách, tak v krytových asfaltových vrstvách vozovek.

V těchto směsích mohou být použity zejména R-materiály z frézování nebo bourání po krách na staré vozovce, které jsou podle ČSN EN 13108-8 klasifikovány jako R-materiál, ve kterém je obsah zbytkového asfaltu alespoň 3 % hmota., a které mají plynulou čáru zrnitosti.

Předkládaným technickým řešením se dosahuje vyššího účinku, kde novým složením směsi, ke které se přidá asfaltové pojivo, polyetylenová vlákna, odpadní drcené pryže je dosaženo velmi dobrých „relaxačních“ vlastností pro netuhé vrstvy. Čára zrnitosti dle technického řešení je plynulá, dochází tudíž k zaklínění zm jemné a hrubší frakce a směs je tak kontaktnější při vazbě s asfaltovým pojivém a přísadami polyetylenových vláken a odpadní pryže. V neposlední řadě je dosaženo finanční úspory s ohledem na využití R-materiálu z netuhých vozovek. Tyto směsi se kladou zejména pod kryt z asfaltových vrstev. Typickými dopravními plochami jsou parkoviště, odstavné manipulační plochy apod. se zvýšeným požadavkem na neporušení krytu trhlinami.

Příklady uskutečnění technického řešení

Byly namíchány různé suché směsi obsahující 80 až 85 % hmota, asfaltového recyklátu, 10 až 15 % hmota, drobného kameniva o velikosti do 2 mm, 1 až 2 % hmota, polyetylénových vláken z odpadních PE mikrotenových obalů délky alespoň 20 mm a 3 až 5 % hmota, pryžového granulátu frakce 1 až 2 mm. R-materiál pocházející z frézování netuhých vozovek měl rozdělení velikosti zma v celé oblasti velikosti zma vyhovující výše uvedenému vztahu Pd < Yd. Ze všech takto namíchaných kompozitních směsí byly vyrobeny stmelené směsi, přičemž množství asfaltového pojivá penetrace 70/100 bylo vždy dávkováno navíc v množství 3,5 až 5 % hmotnosti suché směsi.

Příklad 1

Suchá směs sestává z 85 % hmota. R-materiálu, 2 % hmota, vláken LDPE z mikrotenových sáčků délky 20 až 60 mm a šířky do 15 mm, 10% hmota, drobného kameniva o velikosti do 2 mm a 3 % hmota, drcené odpadní pryže. Množství asfaltového pojivá je dávkováno navíc v množství odpovídajícím 5 % hmotnosti suché směsi.

-3 CZ 33922 U1

Distribuce velikosti částic asfaltového R-materiálu zjištěná na sítech je:

frakce do 0,063 mm 2 % hmota., frakce 0,063 až 2 mm 33 % hmota., frakce 2 až 8 mm 35 % hmota., frakce 8 až 11,2 mm 30 % hmota.

Výše uvedená distribuce velikosti zrna v celé oblasti velikosti zma vyhovuje vztahu

Pd<Yd kde Pd je propad v procentech hmotnostních zjištěný na sítě o velikosti oka d,

Y_d = (d/D)⁰’⁵ x 100,

D je maximální velikost zma v mm a d je velikost oka síta v mm.

Příklad 2

K R-materiálu je přidána přísada vláken LDPE z mikrotenových sáčků a PE obalů délky 20 až 80 mm, šířky do 10 mm, v množství 2% hmota, vztaženo na suchou směs (46 kg/m³ směsi). Dále příměs odpadní pryže v množství 4 % hmota, vztaženo na suchou směs (68 kg/m³ směsi). Zbytek do 100 % hmota, suché směsi tvoří R-materiál, 80 % hmota., a drobné kamenivo 0 až 2 mm, 14% hmota. Množství asfaltového pojivá 70/100 je dávkováno navíc v množství odpovídajícím 3,5 % hmotnosti suché směsi.

Distribuce velikosti částic asfaltového R-materiálu zjištěná na sítech je:

frakce do 0,063 mm 1 % hmota., frakce 0,063 až 2 mm 28 % hmota., frakce 2 až 8 mm 36 % hmota., frakce 8 až 11,2 mm 35 % hmota.

Výše uvedená distribuce velikosti zma v celé oblasti velikosti zma vyhovuje vztahu Pd < Yd·

Průmyslová využitelnost

Předkládané technické řešení je využitelné v silničním stavitelství, zejména pro ekonomické a ekologické využití velkého množství asfaltového R-materálu, vznikajícího z frézování starých asfaltových vrstev vozovek, recyklované odpadní pryže z ojetých pneumatik a odpadních PE obalů. Dále pro sanaci neúnosných starých podkladních vrstev vozovek, které již nevyhovují zvyšujícímu se dopravnímu zatížení.

Claims (6)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Stmelená směs pro podkladní vrstvy vozovek, pohlcující tahová napětí, sestávající z plniva a asfaltového pojivá, vyznačující se tím, že obsah asfaltového pojivá ve stmelené směsi je 35 až 50 kg na tunu plniva, přičemž plnivo sestává z 80 až 85 % hmota. R-materiálu, 10 až 15 % hmota, drobného kameniva o velikosti do 2 mm, 1 až 2 % hmota, polyetylénových vláken a 3 až 5 % hmota, drcené odpadní pryže, a přičemž rozdělení velikosti zrna R-materiálu v celé oblasti velikosti zrna vyhovuje vztahu

   Pd<Yd kde Pd je propad v procentech hmotnostních zjištěný na sítě o velikosti oka d,

   Y_d = (d/D)⁰’⁵ x 100,

   D je maximální velikost zma v mm, d je velikost oka síta v mm.
2. 2. Stmelená směs podle nároku 1, vyznačující se tím, že polyetylénová vlákna jsou vlákna o délce do 30 mm, vyrobená z odpadních obalů z nízkohustotního polyethylenu.
3. 3. Stmelená směs podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že R-materiál je druhotný materiál vznikající při frézování krytů vozovek.
4. 4. Stmelená směs podle nároku 1 nebo 2 nebo 3, vyznačující se tím, že drcená odpadní pryž je granulát o velikosti granulí do 4 mm.
5. 5. Stmelená směs podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že maximální velikost zma R-materiálu je menší nebo rovná 11 mm.
6. 6. Stmelená směs podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že asfaltovým pojivém je asfalt silniční penetrační třídy 70/100.