01.12.2012
Nízkoteplotní asfaltové
směsi
Snižování pracovních teplot asfaltových směsí
Jan Valentin
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Projekt FRVŠ F1/795/2012; Modernizace a rozšíření výuky předmětu Stavba Pozemních Komunikací
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Motivace pro nízkoteplotní a teplé směsi
• celková energetická náročnost výroby asfaltové
směsi v kontextu cen energií,
• snížení produkce skleníkových plynů (zejména CO2),
• zmírnění dopadů povinné účasti zařízení s vyšším
výkonem než 35 MW v systému hospodaření s
emisními povolenkami (CO2 Emission Trading),
• vývoj v oblasti DNEL a OEL limitů, což představuje
zdravotní a bezpečnostní limity pro hygienu práce
(vztahuje se k PAU),
• aplikace asfaltových pojiv z hlediska REACH a
teplotní omezení (bezpečnostní kritéria zejména u
litých asfaltů).
1
01.12.2012
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Očekávané přínosy
• redukce energetických nákladům (již snížení teploty o
10°C vede k významným efektům – doba ohřevu, energie
ohřevu),
• možnost aplikace litých asfaltů navzdory limitům REACH,
• účinná odpověď na argumenty potenciální škodlivosti
asfaltových výparů,
• i přes úpravu asfaltových pojiv či směsí nízkoviskózními
aditivy zachování kvalitativních parametrů asfaltové
směsi, resp. v některých ohledech jejich vylepšení
(tuhost, životnost),
• vhodné řešení pro některé technické problémy:
tunely a vnitřní prostory,
letištní plochy,
extrémně zatížené dopravní a průmyslové plochy.
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Sledování škodlivosti asfaltových výparů (I)
ÚVOD:
• týká se celého zpracovatelského řetězce,
• problematika zejména zvýšených pracovních teplot,
• různé kategorie částic asfaltových výparů:
jemné částice,
částice rozpustné v benzenu,
celkový obsah organických látek,
obsah PAU (S-PAU, D-PAU, benzo(a)pyren).
Aplikace:
Výroba
asfaltových
pojiv a
skladování
Přeprava,
nakládka a
vykládka
• hutněné
asfaltové úpravy
vozovek
• střechy
Skladování
a výroba
Přeprava
Aplikace in
situ
Recyklace,
opětovné
použití
• lité asfalty
2
01.12.2012
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Sledování škodlivosti asfaltových výparů (II)
Identifikované vlivy na zdraví:
• akutní (krátkodobé) podráždění
riziko otravy a podráždění horních cest
dýchacích (uzavřené prostory),
ojedinělé podráždění očních sliznic (vniknutí
výparů),
akutní podráždění kůže nebylo prokázáno,
• chronické vlivy na zdraví
• rakovina plic – nebyl prokázán vliv asfaltových
výparů,
• rakovina kůže – ověřování probíhá,
• rakovina horních cest dýchacích a ústní dutiny,
• chronická obstrukční choroba plicní (negativní
poznatky sledování v severských zemích).
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Sledování škodlivosti asfaltových výparů (III)
Epidemiologické studie:
• Nested Control Case Study,
• Monografie IARC,
• německá studie dráždivých a
genotoxických vlivů,
• studie vlivu asfaltových výparů na
onemocnění rakovinou kůže,
• epidemiologické studie MESTA.
3
01.12.2012
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
DNEL a OEL limity
FAKTA:
• aktuálně intenzivně řešené téma,
• výrobci asfaltových pojiv registraci v rámci REACH provedou na bázi DNEL
limitů,
• u pracovníků pracujících s asfaltovými směsmi stanoven DNEL koncentrací
2,9 mg/m3 celkových uhlovodíků,
• v praxi se oproti tomu dosud užívaly OEL limity,
• požadovaný limit se tak pro jednotlivé aplikace několikanásobně zpřísňuje
=> pro některé aplikace likvidační.
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
DNEL a OEL limity
DEFINICE:
DNEL = odvozená expoziční úroveň představuje konzervativní referenční
hodnotu, která je vypočtená s využitím podmínek a doporučení, která
vymezuje REACH. Tato definovaná úroveň se využije při identifikace míry
expozice, při které nejsou vyvolány žádné účinky ovlivňující zdraví člověka.
OEL = expoziční úroveň na pracovišti oproti tomu stanoví mezní expozici,
které může být člověk při konkrétním úkonu konkrétní pracovní pozice
vystaven.
4
01.12.2012
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
DNEL a OEL limity – poznatky k úrovni expozice (I)
Proces / činnost
Výroba / skladování
Výroba asfaltové směsi
Pokládka asfaltové směsi za
horka
Nátěrové technologie
Činnost, při které hrozí expozice
výrobní operátor (destilace, procesní
výroba rafinerie)
řidič cisterny – nakládka a vykládka
výrobků
(silniční/železniční
cisterna
(včetně odběru vzorků)
laboratorní technik
odběr vzorků (z cisteren a nádrží)
technik velínu
technik obalovny
řidič finišeru
operátor hladící lišty
operátor hladící lišty při dálkovém
ovládání
valcíř
mistr
pracovník distributoru
Typická úroveň expozice
nízká
nízká
nízká
nízká
nízká
nízká
střední
střední
nízká
střední
střední
nízká
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
DNEL a OEL limity – poznatky k úrovni expozice (II)
Shrnutí měření při zpracování běžné hutněné asfaltové směsi v silničním stavitelství s
pracovní teplotou ≤ 200°C (mg/m³ asfaltových výparů a aerosolů).
Vedoucí pracovní čety,
Operátor lišty finišeru
řidič finišeru
řidič válce
řidič podavače asfaltové
směsi (Kompaktasphalt)
Řidič podavače asfaltové
směsi (ostatní případy)
řidič pojízdného navijáku
Osoba zajišťující couvání
nákladního vozidla
Měřené
hodnoty
303
Minimální
hodnota
0,12
50% kvantil
95% kvantil
2,80
13,58
Maximální
hodnota
28,80
213
77
5
0,12
0,17
0,22
2,50
1,00
-
13,08
3,10
-
19,90
8,80
5,30
7
0,50
-
-
9,60
4
2
0,14 - 0,22 - 0,4 - 0,8
0,5 - 1,0
5
01.12.2012
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Hodnocení LCA asfaltových technologií
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Nástroj hodnocení uhlíkové stopy asfaltové vozovky
(asPECT)
• hodnocení uhlíkové stopy se dnes využívá již u řady produktů a jedná se o
jednu z možností, jak měřit a ovlivňovat produkci skleníkových plynů,
• umožňuje aktivně přispívat ke splnění cílů jako je snížení emisí skleníkových
plynů ve Velké Británii o 80 % do roku 2050 v porovnání s úrovní 2008,
• výsledek společné aktivity britských správců PK, oborového průmyslového
sdružení Mineral Products Association a Refined Bitumen Association a
národních výzkumných laboratoří TRL (společný výzkum v oblasti PK již od roku
1982).
6
01.12.2012
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Nástroj hodnocení uhlíkové stopy asfaltové vozovky
(asPECT)
Charakteristiky nástroje:
• výpočet uhlíkové stopy prováděn s využitím ekvivalentu CO2 (v systému
přepočítány i emise CH4 nebo NOx),
• kamenivo představuje více jak 90 % v celkové produkci asfaltové směsi, energie
spotřebovaná na jeho získání a přepravu sehrává velmi důležitou roli,
• zohlednění a propagace recyklace (dnešními technologiemi recyklace
asfaltových vozovek lze snížit ekvivalent CO2 až o 60 %),
• metodika zohlednění recyklace je odvislá od způsobu využití recyklovatelného
materiálu,
• z hlediska hodnocení uhlíkové stopy celého životního cyklu je nezbytné
zohlednit i dopady provozní fáze včetně údržby a obnovy,
• odlišné výpočty energetické náročnosti pro kontinuální a šaržové obalovny se
stanovenými přepočty CO2 ekvivalentů na jednotlivé typy asfaltových směsí.
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
LCA - spotřeba energie a uhlíková stopa u asfaltových
směsí a betonu
• zvýšené zaměření průmyslu na vymezení a uplatňování udržitelných politik
výroby a spotřeby zdrojů,
• zvýšená potřeba sledovat životní cyklus,
• analýza životního cyklu chápána jako první nezbytný krok, který umožňuje
dobře určit dopady na životní prostředí,
• využití nástroje asPECT (asphalt Pavement Embodied Carbon Tool) vyvinutého
ve Velké Británii TRL,
• pro propočet spotřebované energie a produkce emisí;skleníkových plynů se
uplatní ekvivalent CO2 (CO2e).
7
01.12.2012
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
LCA - spotřeba energie a uhlíková stopa u asfaltových
směsí a betonu
Asfaltové pojivo
Cement
Kamenivo
190 kg CO2e/t
930 kg CO2e /t (zahrnuty
pouze CO2 emise)
5,9 kg CO2e /t
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
LCA - spotřeba energie a uhlíková stopa u asfaltových
směsí a betonu
Poznatky:
• z hlediska typu obalovny a použitého energetického zdroje se jako energeticky
méně náročné jeví kontinuální jednotky typu drum-mix a využití zemního
plynu,
• energeticky náročné jsou šaržové obalovny s topným olejem (u porovnávaných
paliv rozdíl až 27 %),
• přibližně 25 % CO2e u asfaltové směsi tvoří emise spojené s výrobou pojiva u
kameniva je určující míra vlhkosti na vstupu,
• pro beton je celkový CO2e v porovnání s asfaltovou směsí zhruba 3-4násobný,
přičemž z 90 % je výše emisí ovlivněna produkcí cementu.
8
01.12.2012
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
LCA - spotřeba energie a uhlíková stopa – systémové
meze
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
LCA – principy stanovení uhlíkové stopy
• ekvivalentu CO2 životního cyklu každé materiálové složky;
• CO2e generovaný přepravou materiálů do výroby;
• CO2e všech forem energií, které se uplatní při výrobě směsi vyjma energie na
ohřev a vysušení materiálu;
• CO2e procesů ohřevu a sušení materiálů;
• nezohledňuje se spotřeba energie provozu (kanceláře, laboratoř) a CO2e
související s uplatněním mazadel;
• v případě R-materiálu se zohlední procento jeho využití ve směsi snížením
CO2e kameniva.
9
01.12.2012
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
LCI – inventář životního cyklu asfaltového pojiva
• shrnutí k aktualizovanému LCI po
desetileté revizi;
• upřesnění vstupních dat k rafinaci,
přepravě i skladování;
• zahrnutí PmB (vliv LCI polymerů, které
jsou zpravidla energeticky velmi
náročné) i asfaltových emulzí;
• aktualizace limitů jako v případě SO2;
• LCI zpracované v souladu s ISO 14040 a
ISO 14044.
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
LCI – inventář životního cyklu asfaltového pojiva
Příklad dat pro LCI z procesu zpracování ropy.
10
01.12.2012
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
LCI – inventář životního cyklu asfaltového pojiva
LCI asfaltového pojiva (SO2 a
NOx
nejvíce
ovlivňuje
přeprava;
zpracování
v
rafinerii tvoří jen 20 % emisí)
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Řešení pro snížení spotřeby energie (I)
Obecně vhodné přístupy:
• opatření na obalovně (zlepšení izolace ohřívaných částí, zakryté hospodářství
kameniva omezující nadměrné provlhnutí zejména vlivem srážek),
• aditivace asfaltových pojiv s cílem zlepšení viskozity při nižší pracovní teplotě,
• úprava systému asfaltové směsi s cílem zlepšit viskozitu a tudíž i
zpracovatelnost při nižších teplotách,
• případná využitelnost vlhkého a jen částečně ohřátého kameniva.
11
01.12.2012
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Řešení pro snížení spotřeby energie (II)
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Řešení pro snížení spotřeby energie (III)
12
01.12.2012
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Environmentální analýza provozu obaloven
Výchozí předpoklady:
• při výrobě asfaltových směsí je třeba z hlediska vlivů na ŽP kontrolovat více
parametrů,
• zpracována datová analýza založená na predikci a regresním rozboru informací
o provozních parametrech: složení asfaltové směsi, typ používaného paliva,
teplota výroby směsi, míra vlhkosti kameniva, využitý výrobní výkonu,
• sledovány emise skleníkových plynů, organické výpary a spotřeba energie,
• cílem je získat dostatek poznatků pro volbu nejlepších podmínek výroby
asfaltové směsi,
• z hlediska dopadů na ŽP lze obalovnu rozdělit na 5 částí (výroba energie,
vstupní suroviny a jejich ohřev, proces obalování, skladování vyrobené
asfaltové směsi, emise uvolňované do atmosféry.
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Environmentální analýza provozu obaloven
Obecný poznatek:
Obalovny využívající zemní plyn emitují poloviční množství CO2, devítinásobně
méně NOx a osmnáctinásobně méně CO než obalovny na topný olej a se
zvyšováním teploty asfaltové směsi se zvyšují i koncentrace uvolňovaných
organických sloučenin, naopak při zvyšování využité kapacity obalovny se
množství emisí snižuje.
13
01.12.2012
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Environmentální analýza provozu obaloven
Podmínky čistší produkce asfaltové směsi:
• využití obalovny, která pro výrobu tepla využívá zemní plyn,
• menší obalovny jsou z hlediska produkce emisí lepší (vyšší využití hodinové
výrobní kapacity) – upřednostnit proto menší nebo hyper-mobilní zařízení,
• při využití zemního plynu z hlediska spotřeby energie jsou klíčové parametry
teplota výparů a negativní tlak v míchacím bubnu (hořák a jeho nastavení,
včetně přísunu vzduchu),
• v případě topného oleje určující průtok hořákem a teplota asfaltové směsi (při
zvýšení teploty nebo výrobní kapacity se zvyšuje i spotřeba oleje),
• průběžná regulace a kontrola funkce hořáku je nezbytná pro snížení celkové
spotřeby energie.
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Řešení pro snížení spotřeby energie (V)
Obalovna se zařízením
pro rozpuštění a
dávkování přísad.
14
01.12.2012
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Řešení pro snížení spotřeby energie (V)
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Využití nízkoteplotních asfaltových směsí
• běžné aplikace asfaltových směsí,
• asfaltové směsi používané ve
vnitřních prostorách (podlahy v
garážích a průmyslových prostorech –
snížení emisí),
• asfaltové směsi v tunelech (snížení
emisí),
• provádění krytů na mostech,
• dopravní plochy s požadavky na
urychlené uvedení do provozu (např.
vzletové a přistávací dráhy),
• asfaltové plochy s vysokými nároky a
tuhost (např. manipulační plochy v
přístavech,
odstavné
plochy
kontejnerů).
15
01.12.2012
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Přísady snižující viskozitu pojiva či směsi
• organické přísady na bázi syntetických vosků (montánní
a FT parafíny) => Romonta, Sasobit,
• organické přísady na bázi amidů mastných kyselin =>
Licomont,
• organické přísady na bázi kyseliny polyfosforické
(primárně není přísadou pro nízkoteplotní směsi),
• organické přísady na bázi aminů či povrchově aktivních
látek ovlivňující smáčitelnost povrchu zrn kameniva a
míru vnitřního tření:
Rediset WMX
REVIXTM
IterFlow
CECA Base
chemické přísady uplatňující nanotechnologické
poznatky (Zycosoil, Densicryl).
ITER-LOW
DENSICRYL&
ZYCOSOIL
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Parametry nejčastějších nízkoviskózních přísad
Přísada
Jednotka
Vlastnost
Amidy mastných
kyselin
FischerTropschův
parafín
Montánní vosky
(+ deriváty)
Vlastnosti přísad (údaje výrobce)
Vzhled
Bod tání/ skápnutí
Bod tuhnutí
Dynamická
viskozita
---
bílý prášek nebo
granulát
bílý prášek, granulát
nebo tekutina
šedý prášek nebo
pastilky
(°C)
(°C)
mPa.s @130°C
mPa.s @140°C
mPa.s @150°C
140 až 145
135 až 142
nem ěřitelný
13 až 17
9 až 13
114 až 120
100 až 105
11 až 15
9 až 13
8 až 12
110 až 120
95 až 105
20 až 80
15 až 40
10 až 20
Vlastnosti jsou stanoveny s využitím běžných evropských norem. Hodnoty vycházejí z ověřených poznatků
výrobců daných přísad. V případě montánního vosku se jedná o aplikace pro asfaltové směsi hutněných
asfaltových vrstev.
Organické přísady se do asfaltového pojiva nebo směsi přidávají v doplňkovém
pracovním kroku. Při aplikaci je nutné vždy dodržovat pokyny a doporučení výrobce.
U staveb většího rozsahu je vhodné upřednostnit vždy použití průmyslově
vyrobených (hotových) nízkoviskózních asfaltových pojiv namísto dávkování
organických přísad na obalovně. Průmyslově vyrobená nízkoviskózní pojiva jsou
dodána vždy jako výrobek s deklarovanými vlastnostmi.
16
01.12.2012
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Montánní vosky
• tvrdé fosilní vosky, jejichž původ lze hledat u subtropických rostlin terciéru,
• sloučeniny derivátů mastných organických kyselin s dlouhými uhlovodíkovými
řetězci a parafínových alkoholů,
• vysoká biologická odolnost a nerozpustnost ve vodě, díky čemuž mají tyto látky
velmi dlouhou životnost,
• vysoká teplotní stabilita a minimální úbytek hmotnosti v důsledku teplotního
namáhání,
• bod měknutí se pohybuje v intervalu 80-125°C,
• zpracovatelnost při teplotách nižších než 130°C již je horší (využitelnost proto
především u litých asfaltů),
• zástupci: Hostamont, Romonta, Asphaltan A nebo B,
• běžně se přidává 2-3 %-hmot. asfaltového pojiva.
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Fischer--Tropschovy (FT) parafíny
Fischer
• dlouhé řetězce alifatických uhlovodíků, které se získávají při FischerTropschově syntéze zkapalnění uhlí,
• délka uhlovodíkových řetězců těchto parafínů se pohybuje převážně v rozmezí
40 až 100 atomů (delší v porovnání s parafíny asfaltu),
• bod měknutí leží v rozmezí 80 až 120°C, přičemž vmícháním do asfaltu téměř
nedochází k jeho snížení,
• díky jemné krystalické struktuře těchto parafínů se plasticita asfaltu při nízkých
teplotách téměř nemění.
17
01.12.2012
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Fischer--Tropschovy (FT) parafíny
Fischer
• při teplotách 50-60°C získává pojivo vyšší tuhost,
• ve spojení s asfaltovými částicemi vytváří parafín síťovou strukturu, která má
ztužující charakter,
• zástupce: Sasobit,
• zpracovatelnost běžných asfaltových směsí při teplotách 130-140°C, možnost
hutnění až do teploty 90°C,
• běžně se používají 3%-hmot. v některých případech 4%-hm.
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Fischer--Tropschovy (FT) parafíny
Fischer
18
01.12.2012
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Amidy mastných kyselin
• označovány též jako amidové vosky, které fungují na obdobné bázi jako
montánní vosky,
• alifatické uhlovodíky s dlouhými řetězci, které vznikají syntézou,
• při teplotách nad 140°C se zcela rozpouštějí v asfaltovém pojivu a mícháním se
homogenizují s výchozím asfaltem. Stejně jako v případě FT parafínů dochází
při ochlazování ke krystalizaci a zvyšování stability a odolnosti proti vzniku
trvalých deformací,
• synteticky vyrobená látka na bázi mastných kyselin s dlouhými řetězci,
• přidává se v podobě prášku či granulí do asfaltové směsi společně s pojivem,
• praktické poznatky dokládají schopnost hutnit směs do teploty 95°C.
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Amidy mastných kyselin
19
01.12.2012
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Nízkoviskózní pojiva – změna průběhu viskozity
Komplexní smykový modul (Pa)
10000000
50/70
1000000
50/70 s organickou přísadou
100000
10000
1000
100
10
1
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Teplota (°C)
Dynamickou viskozitu nízkoviskózního asfaltového pojiva lze zobrazit pomocí charakteristiky
komplexního smykového modulu v závislosti na teplotě. Pro nízkoviskózní asfaltové pojivo je
charakteristické, že v porovnání s běžným silničním asfaltem je patrný vyšší nárůst viskozity
nízkoviskózního pojiva při teplotě menší než 100°C. Průsečík křivky viskozity s ekvi-viskózní
přímkou bodu měknutí je potom vždy závislý na zvolené přísadě a leží většinou výrazně nad
bodem měknutí základního asfaltu.
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Nízkoviskózní pojiva – výchozí obecné požadavky
• výchozí pojivo musí splňovat požadavky dle připraveného TP pro nízkoteplotní
směsi,
• pro výrobu asfaltové směsi musí být pojiva dodána jako konečné výrobky s
dostatečnou skladovací stabilitou, kterou použité přísady nesmí negativně
ovlivnit,
• přísady musí být v asfaltovém pojivu homogenně rozptýleny,
• pro výrobu nízkoviskózních pojiv se použijí silniční asfalty dle ČSN EN 12591,
polymerem modifikovaná asfaltová pojiva dle ČSN EN 14023, případně
multigrádová asfaltová pojiva dle ČSN EN 13294-2,
• u větších staveb je doporučeno preferovat průmyslově vyrobená nízkoviskózní
pojiva.
20
01.12.2012
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Nízkoviskózní pojiva – specifikace
Norma
30/45 NV
50/70 NV
(ČSN EN)
Penetrace při 25°C
0,1mm
1426
20-45
40-60
Bod měknutí (KK)
°C
1427
>70
>60
Bod lámavosti podle Fraasse
°C
12693
max. -8
max. - 8
Dynamická viskozita při 120°C
m.Pas
13702-1
TBR
<1.400
Zkouška krátkodobého stárnutí (ČSN EN 12607-1 nebo 2)
Ztráta hmotnosti
%
12607-1,2
max. 0,5
max. 0,5
Změna bodu měknutí
°C
1427
max. 8
max. 8
Zbytková penetrace ((vztaženo
%
1426
min. 50
min. 50
k původní hodnotě)
Vlastnost
Jednotka
Bod vzplanutí
Rozpustnost
°C
22592
>230
% (m/m)
12592
>99,9
Skladovací stabilita, 180°C, 72h
°C
1427
max. ±2
Změna hodnoty bodu měknutí
70/100 NV
50-80
>60
max. -10
<800
max. 0,5
max. 8
min. 45
>230
>99,9
>230
>99,9
max. ±2
max. ±2
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Vliv množství přísady na vlastnosti pojiva
70
80
70
50/70 DE
50
40
30
20
10
50/70 A
50/70 DE
B od m ě k nutí (°C )
Pene trac e @ 2 5°C (0 ,1 m m )
50/70 A
60
60
50
40
30
20
10
0
0
0
1
2
FTP (%-hm.)
3
0
1
FTP (%-hm.)
2
3
• v případě postupného zvyšování množství FTP dochází až k 30% zvýšení bodu
měknutí a 25% poklesu penetrace, přičemž nebyl pozorován negativní vliv na
bod lámavosti. Díky této skutečnosti se zvětšuje obor plasticity, zejména tedy v
oblasti vyšších teplot,
• v případě amidů mastných kyselin je zvýšení bodu měknutí relativně i v
absolutních hodnotách ještě vyšší, přičemž pokles penetrace je na obdobné
úrovni.
21
01.12.2012
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Vliv vybraných přísad na změnu bodu měknutí asfaltu
Bod měknutí (KK) v °C .
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
bez přísady
FTP (3 %)
amid (3 %)
PPA (0,5 %) PPA (1,0 %) PPA (1,5 %)
Zycosoil
(0,1 %)
IterFlow
(0,5 %)
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Vliv vybraných přísad na změnu penetrace asfaltu
Penetrace při 25°C v 0,1mm .
60
50
40
30
20
10
0
bez přísady
FTP (3 %)
amid (3 %)
PPA (0,5 %)
PPA (1,0 %)
PPA (1,5 %)
Zycosoil
(0,1 %)
IterFlow
(0,5 %)
22
01.12.2012
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Vliv vybraných přísad na změnu duktility asfaltu
Silová duktilita, 10 °C
sila (N)
100,00
90,00
50/70 A
80,00
50/70 DE
70,00
50/70 A + 1% Sasobit
60,00
50/70 A + 2% Sasobit
50/70 A + 3% Sasobit
50,00
50/70 A + 0,1% Zycosoil
40,00
50/70 A + 0,5% Iterflow
30,00
20,00
10,00
0,00
0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
250,00
300,00
350,00
400,00
450,00
predĺženie (mm)
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Vliv vybraných přísad na změnu duktility asfaltu
8
7
Viskozita
6
5
4
3
2
1
0
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Teplota
PmB 65A
PmB 65A + 3% FTP
PmB 65A + 3% montánní vosk
PmB 65A + 3% Romonta
23
01.12.2012
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Kyselina polyfosforečná a superfosforečná
• chemická přísada, resp. n-procentní roztok na bázi kyseliny polyfosforečné
(PPA) vznikl v souvislosti s americkým programem tzv. „green highways“,
• organickou kyselinu a priori nelze klasifikovat jako přísadu určenou ke
snižování pracovní teploty zpracování asfaltového pojiva,
• PPA má vliv na zvýšení konzistence pojiva, především zvýšení tuhosti a
odolnosti proti trvalým deformacím. Současně zlepšuje charakteristiky
dotvarování (tzv. flow number) => vyšší hodnota této charakteristiky vysvětluje
zvýšenou schopnost regenerace asfaltové vrstvy po zatížení,
• oproti dříve uvedeným přísadám na bázi vosků a parafinů se při výrobě uplatní
nižší dávkování při sledovaném zlepšení plastických i elastických vlastností
pojiva. V současné době existují převážně americké výrobky s koncentrací
roztoku kyseliny v rozmezí 75-85 %,
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Kyselina polyfosforečná a superfosforečná
• kyselina polyfosforečná (PPA): H3P2O7, …
HO-PO(OH)-O-(PO(OH)-O)n- (HO)OP-OH
neobsahuje vodu, neobsahuje P2O5
nemá oxidační potenciál
mírný korozivní potenciál
bod tuhnutí okolo 15°C
viskozita při 25°C: 840 cP
24
01.12.2012
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Kyselina polyfosforečná a superfosforečná
Kontinuální fáze : malteny (aromáty + saturáty)
Asfaltenický aglomerát
Jednotlivé asfalteny
Pryskyřice : asfaltenická rozpouštědla
Innovalt (polyfosforečná kyselina)
OH
O
HO P O
Reakční jednotka
OH
O
P O
P OH + HO P OH
OH
OH
N
[Sheu &Mullins]
O
O
OH
0<n<1
O
O
S
HO P O R2
+
O
R1
+
N O P
OH
OH
ester
esterifikace + kyselina & neutralizační báze
typ reakce
Kontinuální fáze : malteny
Dispergovaná fáze : de-aglomerované asfalteny
rozpuštěné v pryskyřičné vrstvě
R1, R2 : H nebo C připojeny k asfaltenům & moleculám pryskyřice
Nevratná disperze asfaltenů : Innovalt působí jako ‘defloculant’
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Přísady snižující viskozitu směsi
• aplikace minerálních přísad (zeolity) s
uplatněním procesu mikropěny => asphamin, Advera®,
• aditivace asfaltové směsi s cílem zlepšit
obalení, adhezi a zpracovatelnost =>
Evotherm ET, Evotherm 3G, Evotherm DAT,
• proces pěnoasfaltové směsi využívající dvou
typů asfaltového pojiva => WAM-Foam®,
• nízkoenergetické směsi využívající upravené
smáčitelnosti či hydrofobizace kameniva =>
LEA® apod.
25
01.12.2012
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Syntetické zeolity
Specifika použití zeolitů:
• účinek na změnu viskozity není závislý na druhu zvoleného pojiva,
• zeolit zlepšuje zpracovatelnost a nemá žádný vliv na vlastnosti asfaltového
pojiva použitého ve směsi, ani na vlastnosti asfaltového pojiva získaného po
extrakci,
• použití zeolitu do litého asfaltu není vzhledem k vysoké teplotě směsi a delší
době promíchávání a skladování v přepravníku možné,
• vzhledem k charakteristice zeolitu je účinek snížení viskozity časově omezen.
To je nutné vzít v úvahu při skladování a přepravě asfaltové směsi s touto
přísadou;
• skladují se obdobně jako syntetická vlákna a nosiče pojiva v suchém prostředí
chráněném proti povětrnostním vlivům.
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Teplé směsi – pěnopasfalt a WAM Foam
Kamenivo
Sušící buben
Míchací
zařízení
(200°C)
Přeprava, pokládka, hutnění
(130 – 170°C)
Asfaltové pojivo
(140 – 180°C)
Schéma běžné výroby asfaltové směsi
Asfaltové pojivo
Asfaltová pěna
(140 – 180°C)
(50 - 60°C)
voda
Schéma výroby pěnoasfaltové směsi
Míchací
zařízení
Přeprava, pokládka, hutnění
vzduch
Kamenivo
26
01.12.2012
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Teplé směsi – LEA
Fáze 1
Fáze 2
170°
170°C
Krok I
120-150°C
Kamenivo
obalené pojivem,
které vytvoří
asfaltový film
Asfalt
Horké & suché kamenivo
Fáze 4
100°C
Krok II
Fáze 3
Fáze 5
60°C
Vlhké DDK, které při
kontaktu s pojivem
vytváří efekt napěnění
Zpěněný asfalt obaluje
kamenivo a zvyšuje jeho
teplotu
Teplotní rovnováha mezi
kamenivem, zbytkovou vodou a
pojivem
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Co nízkoteplotní směsi umožňují
• výrobu a zpracování litých i hutněných asfaltových směsí při pracovní teplotě
snížené max. o 30°C (snižuje se CO2 a omezují se koncentrace asfaltových
výparů – platí, že snížení teploty o 10°C sníží tento typ emisí o polovinu),
• v případě zachování pracovních teplot požadovaných pro tradiční asfaltové
směsi lze při příznivých klimatických podmínkách a přepravních vzdálenostech
do 60 minut docílit prodloužení intervalu zpracování a hutnění asfaltové směsi
– u litých asfaltů na minimální úroveň zpracování až 200°C ve vnitřních
prostorách a 210°C při venkovních aplikacích v intravilánu,
• hlavní hutnění asfaltové úpravy lze v závislosti na použité organické či
minerální přísadě provádět až do teploty na úrovni 95-90°C,
• pokud není využito možnosti snížení pracovní teploty, dociluje se při pokládce
obvykle mnohem lepší zhutnitelnosti. Při využití možnosti snížení pracovní
teploty se musí zohlednit zkrácení intervalu vhodného pro hutnění,
• zmírnění teplotního stárnutí asfaltového pojiva v důsledku výroby a pokládky
asfaltové směsi při snížené pracovní teplotě,
27
01.12.2012
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Co nízkoteplotní směsi umožňují
• u hutněných asfaltových úprav se zpravidla zvyšuje odolnost proti vzniku
trvalých deformací, současně s tím bylo prokázáno zvýšení hodnoty modulů
tuhosti při porovnání s tradičním složením a zvýšení provozní výkonnosti
vozovky,
• realizovaný úsek lze obvykle mnohem dříve uvolnit pro provoz.
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Obecné zásady pro nízkoteplotní asfaltové směsi
• technicky správný návrh konstrukce vozovky s dostatečnými tloušťkami
vhodných konstrukčních vrstev navržených s ohledem na předpokládané
dopravní zatížení, klimatické podmínky, vodní režim a únosnost podloží,
• zajištění dobrého a trvalého spojení asfaltových konstrukčních vrstev,
• dodržení technologické kázně z hlediska uvedených minimálních teplot pro
hutnění asfaltových vrstev,
• zohlednění předpokládaných teplotních a povětrnostních podmínek při
provádění prací, a to již při návrhu konstrukce vozovky,
• tloušťky jednotlivých konstrukčních vrstev s využitím NAS odpovídají zásadám
a požadavkům jako v případě tradiční asfaltové směsi,
• provedení návrhu složení NAS a posouzení vlastností asfaltové směsi i
asfaltového pojiva v dostatečném rozsahu a s ohledem na předpokládané
dopravní zatížení, působící klimatické podmínky (zejména možný vliv nejnižších
zimních teplot) a umístění vrstev NAS v konstrukci PK.
28
01.12.2012
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Stavební práce – informativní pracovní teploty
Druh směsi
Hutněná
asfaltová směs
Litý asfalt
Druh výchozího
pojiva
Orientační hodnoty
teploty směsi při výrobě
70/100
130 až 150 °C
50/70
130 až 150 °C
Orientační hodnoty teploty
směsi při pokládce
min. 120 °C
30/45 (35/50)
140 až 160 °C
PMB 45/80-55,60
140 až 160 °C
PMB 25/55-55,60
140 až 160 °C
min. 130 °C
PMB 10/40-65
150 až 170°C
min. 140°C
30/45 (35/50)
200 až 230 °C
min. 200 °C
20/30
200 až 230 °C
max. 230 °C
PMB 25/55-55,60
PMB 10/40-65
210 až 230°C
min. 130 °C
min. 210 °C
max. 230 °C
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Stavební práce – úprava podkladu
• vždy čistý a suchý podklad,
• podklad musí být čistý s opravenými výtluky, trhlinami a spárami a jeho stav
musí být v souladu s projektovou dokumentací a splňovat požadavky norem a
předpisů, podle nichž se prováděl,
• nerovnosti podkladu či staré vozovky v podélném i příčném směru musí
odpovídat příslušným ČSN nebo TKP,
• při aplikaci nízkoteplotní asfaltové směsi se musí provádět vždy spojovací
postřik dle ČSN 73 6129.
29
01.12.2012
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Stavební práce – přeprava
• dopravní vzdálenost se obecně řídí požadavky TKP kapitolou 7 a nesmí
překročit 90 minut při zachování standardních požadavků na pracovní teploty,
• při použití snížené pracovní teploty již při výrobě hutněné asfaltové směsi
nesmí být překročena dopravní vzdálenost odpovídající času 60 minut. Výrobce
nicméně může deklarovat prodloužení dopravní vzdálenosti resp. prodloužení
doby přepravy (vždy v závislosti na použité přísadě, asfaltovém pojivu a výrobní
teplotě. Deklarovaná doba přepravy v takovém případě musí být vždy součástí
smluvních podmínek. Platí, že při delší době přepravy nesmí být snižována
výrobní/pracovní teplota),
• při dopravě je nutné chránit směs před ztrátou teploty, proti znečišťování a
segregaci,
• u nákladních vozidel se musí použit izolované korby,
• v případě litých asfaltů je třeba provádět průběžnou kontrolu pracovní teploty
v přepravníku dle požadavků uvedených v TKP 8.
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Stavební práce – přeprava se sníženou teplotou
• řidič musí být vždy upozorněn, že přepravuje nízkoteplotní typ asfaltové směsi
a dodržení předepsaných teplot je žádoucí pro zabránění rozmísení směsi a
degradaci pojiva,
• dle dosavadních zkušeností existují pro snížení pracovní teploty nízkoteplotní
hutněné asfaltové směsi dále uvedené údaje a to při době přepravy se
zakrytou plachtou nepřesahující 30 min,
Venkovní teplota
nad 20°C
10 až 20°C
méně než 10°C
Snížené pracovní teploty
15 až 30°
15 až 25°
0 až 15°
• při teplotách nižších než 10°C a při zvýšené aktivitě větru by se neměla teplota
směsi snižovat.
30
01.12.2012
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Stavební práce – skladování
• účinky přísad a asfaltových pojiv z hlediska schopnosti snižování viskozity směsi
mohou být vlivem jednotlivých přísad nebo použitých asfaltových pojiv v
závislosti na použité metodě časově omezené,
• nezbytné zohlednit při skladování a přepravě. Při provádění počátečních
zkoušek typu a při následném zpracování musí být dodržovány pokyny výrobce
přísad a/nebo nízkoviskózního asfaltového pojiva,
• doba skladování hotové směsi v silech nesmí překročit 90 minut,
• skutečná doba skladování je vždy odvislá od pracovní teploty vyrobené směsi,
kterou musí vždy určit výrobce. Plnění zásobníků hotové směsí musí být i při
krátkodobém uskladnění co největší,
• musí se zabezpečit, aby nedocházelo k segregaci asfaltové směsi (rošty v
zásobnících hotové směsi atd.).
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Stavební práce – specifika strojní pokládky
• zohlednit rychlejší ochlazování okrajových oblastí pokládané vrstvy,
• při pokládce hutněných asfaltových směsí i litých asfaltů je nezbytné
kontrolovat rovnoměrné rozprostření směsi v celé šíři rozdělovacího šneku,
• ochlazený materiál musí být bezodkladně odstraněn,
• v případě litých asfaltů je třeba dbát na to, aby posypový materiál v důsledku
snížené viskozity směsi neklesal příliš hluboko do směsi,
• vypouštění směsi LA z přepravníků před hladící lištu finišeru se musí provádět v
menších dávkách,
• v závislosti na předepsané teplotě asfaltové směsi, klimatických podmínkách a
dopravní vzdálenosti musí být pro použití na dálnici a rychlostní komunikaci
požadováno použití homogenizátoru nebo podavače asfaltové směsi,
• teplota vzduchu musí být nejméně +5°C při pokládce obrusné nebo ložní vrstvy
a nejméně +3°C při pokládce podkladní vrstvy. Doporučuje se, aby rychlost
větru během pokládky nepřesáhla 7,5 m.s-1.
31
01.12.2012
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Stavební práce – zásady dodržení rovnoměrného hutnění
• rovnoměrná rychlost pokládky se zajištěním plynulé dopravy asfaltové směsi,
• průběžná kontrola teploty asfaltové směsi při pokládce,
• hutnění zahájit co nejblíže za finišerem, podle potřeby zkrátit délku záběru
válců,
• pro první fázi hutnění použít středně těžké vibrační či oscilační válce s tím, že
první pojezd bývá vhodné provést bez dynamického účinku,
• pro druhou fázi (dohutnění) používat i těžké válce hutnící především statickými
účinky,
• provádět průběžnou kontrolu míry zhutnění,
• úpravy kolem objektů inženýrských sítí provést bezprostředně po pokládce,
• hutnění a úpravu okrajových a napojovacích oblastí provést co nejdříve s
ohledem na rychlejší ochlazování povrchu NAS.
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Zjištění teploty hutnění – zkušební tělesa
2 450
referenční asfaltová směs
asfaltová směs s nízkoviskózním pojivem
2 400
2 350
∆T=13K
2 300
VTTA =VT - ∆T
2 250
2 200
100
110
120
130
140
150
160
170
32
01.12.2012
ČVUT, FSv, Katedra silničních staveb
Zjištění teploty hutnění – zkušební tělesa
PmB 10/40-65 NV, penetrace 10s
PmB 10/40-65 NV, penetrace 20s
PmB 10/40-65, penetrace 10s
PmB 10/40-65, penetrace 20s
14
Hloubka penetarce (cm)
12
10
8
6
4
možné snížení
teploty o cca 10°C
2
0
250
240
230
220
210
Teplota směsi MA (°C)
33
Download

Nízkoteplotní asfaltové směsi