Silnice mosty 2022, 4, 23–26

Ing. Václav Valentin


Ve dnech 19.–21. července 2022 se konala 59. Petersenova vědecká asfaltová konference, kterou pořádal Western Research Institut. Toto výzkumné a vývojové pracoviště má sídlo v Laramie (Wyoming) a jeho činnost je uznávána nejen v USA, ale i v jiných zemích včetně Evropy. Institut se věnuje výzkumu a vývoji asfaltových pojiv a jejich aplikací, ale také v oblastech rafinace ropy, využití karbonu i ekologie a udržitelného rozvoje.

Western Research Institut (WRI) je již řadu let organizátorem Petersenovy asfaltové konference, které se účastní řada odbor-
níků nejen z Ameriky, ale i z Asie a Evropy. Do roku 2019 byla konference organizována výhradně za osobní účasti přímo v Laramie (USA). Pandemie v letech 2020 a 2021 si vyžádala razantní změnu a konference byla organizována online. I přes výhody, které tato organizační varianta přináší, většina účastníků preferuje účast osobní. Ta umožňuje nejen prohlídku doprovodné výstavy, ale zejména přímý kontakt s celou řadou odborníků ze všech oblastí silničního asfaltového průmyslu. Konference se pravidelně účastní nejen výzkumní a vývojoví pracovníci, zástupci univerzit nebo laboratoří, ale i řada zástupců jak výrobců asfaltových pojiv, tak i zástupců prováděcích firem. V neposlední řadě se konference tradičně účastní i zástupci zadavatelské sféry.

Uvedené důvody vedly k rozhodnutí uspořádat 59. ročník hybridní formou. Tuto možnost přivítali zejména ti, kteří nechtěli podstoupit dlouhé cestování do Skalistých hor, které jsou sice krásné, ale např. pro Evropany poměrně vzdálené. U řad účastníků, kteří využili online připojení a sledování, hrála určitou roli vzdálenost a čas, současně ale vstoupily do kalkulace i položky nákladové – výlet do Laramie cca na 1 týden není záležitostí nejlevnější a bylo zřejmé, že řada firem volí variantu výrazně úspornější. Svoji roli sehrává i termín, který je z pohledu Evropy uprostřed prázdninového volna a dovolených. Je však třeba poznamenat, že i sledování konference online není záležitostí nejpohodlnější – časový posun 8 hodin znamená, že pro střední Evropu začíná konference v 16.00 a končí v 01.00 hodin. Pokud k tomu připočteme přece jen méně komfortní vnější teploty v letošním létě a nutnost plného soustředění na americkou výslovnost nebo angličtinu v podání asijských kolegů a kolegyň, jsou tři dny, po které konference probíhá, skutečně limitní. Osobně jsem se zúčastnil letošní konference online a měl tak možnost učinit tuto zkušenost. Mírné nepohodlí však bylo bohatě vykompenzováno technickou náplní konference.

V úvodu je nutné konstatovat, že celková organizace a zejména kvalita většiny prezentací byly na vysoké úrovni. Letošního ročníku Petersenovy vědecké asfaltové konference se přímo na místě nebo online zúčastnilo celkem cca 250 účastníků. V rámci doprovodné expozice se prezentovalo zhruba 30 společností různého zaměření (laboratorní přístroje, výroba aditiv, výroba asfaltových pojiv, výroba asfaltových směsí). Konferenci sponzorovala řada společností, které byly podle výše svého finančního příspěvku zařazeny do zlaté, stříbrné a bronzové kategorie.

Vlastní pracovní program konference byl rozdělen v jednotlivých dnech do následujících bloků:

19. 7. 2022

  • dopolední blok 1: Budoucnost asfaltových technologií (v prvním bloku proběhlo 7 prezentací)
  • odpolední blok 2: Chemismus asfaltových pojiv – stárnutí, analýzy a metody zkoušení  (v druhém bloku proběhlo 10 prezentací)

20. 7. 2022

  • dopolední blok 3: Vývoj fyzikálních vlastností asfaltových materiálů (třetí blok obsahoval 10 prezentací)
  • odpolední blok 4/I: Recycling – R-materiál, rejuvenátory, plasty

21. 7. 2022

  • dopolední blok 4/II: Recycling – R-materiál, rejuvenátory, plasty (pokračování bloku z předešlého dne – celý blok obsahoval 9 prezentací)
  • dopolední blok 5: Materiály pro modifikaci asfaltu – polymery, pryž, reaktivní chemikálie (poslední blok obsahoval 9 prezentací)

Celkem bylo prezentováno 45 příspěvků. Na každou prezentaci bylo vyhrazeno 20 minut. Většina prezentací proběhla přímo v jednacím sálu, několik prezentací (zejména od kolegů a kolegyň z Evropy) proběhlo ale online. Po každé prezentaci bylo vyhrazeno vždy 10 až 15 minut na otázky z auditoria nebo z online chatu. V této souvislosti je nutné podotknout, že většina dotazů měla skutečně kvalifikovanou úroveň – v řadě případů byly vysloveny konfrontační názory či argumenty, celá diskuze však probíhala věcně, klidně a slušně.

Některé dotazy, které vyžadovaly obšírnější vysvětlení, byly předány prezentujícímu s tím, že se s příslušným dotazujícím spojí následně přímo. Tento postup umožnil, že v průběhu celé konference byl dodržován časový plán tak, aby nebyly narušeny následně plánované akce, ať už se jednalo o společný galavečer v Laramie, nebo společný výšlap do Skalistých hor po ukončení konference 21. 7. 2022.

Vlastní konference je koncipována spíše se zaměřením na výzkum a vývoj a výsledky z prováděných zkušebních úseků. Velká pozornost je tedy věnována teorii a laboratorním analýzám. Je naprosto zřejmé, že přístup v Americe je výrazně odlišný od přístupu v Evropě a konfrontace dostupných informací nezbytně vede k úvahám, proč nedochází k výrazně širšímu propojení a společnému hledání cest např. v oblasti výkonového zkoušení. Sami „původci“ programu SHRP pracují na dalším rozvoji a upřesňování původních metod, které výrazně lépe popisují chování materiálů.

K vlastnímu průběhu 59. Petersenovy vědecké asfaltové  nechci popisovat jednotlivé prezentace, ale dovolím si dále uvést pouze postřehy a souhrnné informace k jednotlivým dnům konference:


Den 1

V prvním bloku byly jednak stručně uvedeny budoucí očekávané perspektivy z pohledu výrobců/dodavatelů asfaltových pojiv, z pohledu zpracovatelů a nakonec také z pohledu asfaltového průmyslu střešních krytin. Bylo konstatováno, že je sice očekáván pokles těžby ropy a jejího zpracování, není však předpoklad výrazného snižování v oblasti asfaltového průmyslu.

Stávající energetická potřeba celosvětově, kterou lze spočítat ze vzorce „počet lidí na planetě x životní standard“, obsahuje pochopitelně i položku „asfalt“. Tato položka se již několik desetiletí pohybuje v úrovni cca 2 % celkové energetické potřeby, a je tudíž marginální položkou s velkým významem pro chod ekonomiky.

Budoucnost spočívá v udržitelnosti, výrazném zvýšení podílu bio výrobků nebo výrobků syntetických, což musí nutně přinést zásadní změnu v pohledu na ceny prací. Musí nezbytně přestat platit „pravidlo nejnižší ceny“ (které kupodivu vládne i v USA!), musí se výrazným způsobem omezit vliv povolenek (CO2, NOx, SOx, prachové částice – ty se ukazují v oblasti asfaltového průmyslu jako nejhorší faktor).

Budoucnost je v cirkulární ekonomice, a proto je nutné věnovat velkou pozornost studeným recyklacím na místě, hloubkovým recyklacím, snižování teplot a tím i emisí, snižování dopravní náročnosti atd.

Důležitou součástí se tak stávají environmentální deklarace výrobku (PCR, EPD, LCA), a je tedy nezbytné se i touto problematikou vážně zabývat.

První den konference byl dále představen projekt STAR (Strategický asfaltový výzkum), který je řízen Nadací asfaltového institutu. Nadace je složena ze zástupců univerzit, výrobců asfaltových pojiv i jejich zpracovatelů, v nadaci pak pracují i zástupci federálního úřadu. Financování je zajištěno sponzorováním ze strany průmyslových firem a zhruba 100 členů se schází 1x za 5 let na konferenci, kde jsou prezentovány jednak výsledky, jednak plánovány další budoucí kroky. Vše probíhá formou brainstormingu v menších pracovních týmech, z nichž každý má svého mentora. Kromě vlastního vývoje a výzkumu pak Nadace dále zajišťuje:

  • knihovnu, která obsahuje dostupnou odbornou literaturu formou e-knih,
  • podporu univerzit (a to jak studentů, tak i učitelů) formou stáží a úzké spolupráce při řešení dílčích projektů,
  • praktiky pro externí výuku ve školách. Tato činnost je neplacená, na většině univerzit ale činí podíl praktiků ve výuce cca 30 % až 40 %.

Zajímavá byla podvečerní diskuze, která se týkala využití asfaltových směsí WMA ve Spojených státech. Tento typ asfaltových směsí je zatím využíván poměrně málo, protože nejsou k dispozici dostatečně ověřené hodnoty o dlouhodobém chování jednotlivých typů asfaltových směsí. Obecně přetrvává problém simulace dlouhodobého stárnutí asfaltové směsi a stanovení parametrů, jak výkonnost a chování vlastní směsi vyhodnocovat. Laboratorně se zatím ukazuje, že k simulovanému kritickému stárnutí asfaltové směsi dochází po 8 hodinách skladování při teplotě 135 °C. V současné době probíhá několik studií, které by měly jednak ověřit a případně potvrdit uvedený předpoklad, dále pak najít vhodnou metodu zkoušení a definovat mezní hodnoty.


Den 2

Průběh druhého dne ukázal, že pozornost je zaměřena výrazně více na sledování chování asfaltové směsi v průběhu její životnosti a současně je mírně potlačeno sledování chování samotného asfaltového pojiva.

Problémem asfaltových technologií je výskyt trhlin. Tendenci asfaltového pojiva ke vzniku trhlin lze je sledovat v případě silničního asfaltového pojiva na poklesu m-hodnoty v čase. Bohužel ale není jednoznačné, zda měření po simulaci stárnutí RTFOT + PAV je skutečně optimální nebo zda je vhodnější použít 2 x PAV, či dokonce 3 x PAV. K objasnění této problematiky je řešeno několik studií. Současně bylo prokázáno, že zkouška BBR nepostihuje vliv polymeru SBS a sledování výše uvedených tendencí tak nelze zcela uplatnit v případě polymerem modifikovaných pojiv.

K těmto faktům přistupuje i skutečnost, že normově stanovené meze u tříd PG nekorespondují se skutečnými klimatickými teplotami a dochází k tomu, že z použití jsou vyřazena asfaltová pojiva, která sice odpovídají reálným klimatickým podmínkám v místě použití, nesplňují však normové meze předepsané pro jednotlivé PG třídy.

Uvedené zkušenosti a argumenty jednoznačně ukazují na to, že je nezbytné zaměřit více pozornost na ověřování vlastností a chování asfaltových směsí a nevěnovat tolik pozornosti přesnému popisu chování samotného asfaltového pojiva. Je proto řešeno několik projektů, které se věnují problematice sledování chování asfaltové směsi v průběhu jejího životního cyklu s cílem najít a stanovit výkonové parametry, které by definovaly vlastnosti asfaltové směsi v průběhu její životnosti.

Jeden z projektů, který souvisí s procesem stárnutí asfaltového pojiva i asfaltové směsi, souvisí i s problematikou výskytu trhlin. Projekt je zaměřen na výrazně vyšší využití regeneračních postřiků. Také v tomto případě byly v jedné z prezentací ukázány výsledky zkušebních úseků, kde byly provedeny regenerační postřiky na bázi různých materiálů a s různým dávkováním. Na těchto úsecích probíhá pravidelné sledování, které doplňuje dosavadní zkušenosti. Cílem studie je v příštích 2 až 3 letech dosažené výsledky vyhodnotit a na základě získaných dat a zkušeností definovat, jak regenerační postřiky provádět, které materiály lze využít a jaké metody použít pro vyhodnocení účinnosti provedených opatření.

V další části, věnované recyklaci, bylo konstatováno, že aktuálně se v USA recykluje méně, než je tomu v Evropě (13 % v USA vs. 30 % v Evropě). Snahou je proto podíl výrazně zvýšit, protože budoucnost je spatřována skutečně v cirkulační ekonomice.

Využití R-materiálu v USA je velmi rozdílné v jednotlivých amerických státech. Colorado např. připouští max. 15 % R-materiálu, Montana nebo Louisiana naopak ověřují možnost přidávání 20 % až 40 % R-materiálu.

Úřad pro federální dálniční síť (Federal Highway Administration – FHWA) zahájil v několika státech Unie projekt, v němž chce ve spolupráci s laboratořemi a prováděcími firmami ověřit možnost přidávání 20 % R-materiálu do asfaltové směsi SMA. Tento projekt je zaměřen zejména na sledování stárnutí a doba sledování je stanovena na 7 až 9 let.

Obecně je patrný trend přidávat max. 40 % až 50 % R-materiálu do směsí pro podkladní nebo ložní vrstvy, pro asfaltové směsi pro obrusné vrstvy pak max. rozmezí 0 % až 20 % podle typu asfaltové směsi a příslušného státu. Důvodem je skutečnost, že R-materiál vykazuje výrazné výkyvy z hlediska složení, homogenity i vlastností. Je tedy snaha tyto negativní skutečnosti eliminovat zejména ve směsích pro obrusné vrstvy. Diskutovanou problematikou je i očekávaná druhá či třetí recyklace.

V rámci prezentací byly ukázány výsledky pokusných úseků, na nichž bylo pro výrobu asfaltové směsi s přidáním 30 % R-materiálu použito speciální asfaltové pojivo PMB PG 64-32 (obdoba evropských RC?), a asfaltové směsi s přidáním 45 % R-materiálu silniční pojivo PG 64-32 s rejuvenátorem Anova. Výsledky ukazují, že využití speciálních asfaltových pojiv (měkčených) jako rejuvenátoru je vhodnější variantou ve srovnání s chemickým aditivem.

Jedna z prezentací byla věnována využití PE (LLDPE v množství 0,25 %) formou suchého i mokrého procesu a porovnání vlivu na chování asfaltové směsi. Chování bylo posuzováno zkouškou pojíždění kolem (tzv. hamburský test) s následným posouzením sedimentu ve vodě. Obdobně byly prezentovány výsledky jiného projektu, který se zabýval využitím Graphite
Nanoplatelets (GNP) v množství 3 % až 6 % jako přísady do asfaltové směsi. Výsledky prokázaly díky zvýšené lubrikaci a zvýšené tekutosti asfaltového pojiva výraznou redukci hutnicí práce (pokles o 20 % až 40 %!). V současné době probíhá další část této studie zaměřená na optimalizaci kameniva (využití méně vhodného kameniva, vyššího podílu R-materiálu atd.). V rámci tohoto projektu je současně vyvíjena nová zkouška s využitím gyrátoru pro hodnocení hutnící práce.

Jedna z prezentací byla věnována využití odpadní pryže. Je ověřována asfaltová směs s přidáním max. 15 % odpadní pryže (pneumatiky nákladních vozidel) do asfaltového pojiva a nové metody hodnocení a posuzování tohoto typu asfaltové směsi. Pozornost je v případě přidávání odpadní pryže věnována i využití polyizoprenu jako modifikátoru k odpadní pryži. Při posuzování vlastností jednotlivých typů asfaltových směsí modifikovaných odpadní pryží se bezesporu ukazují pozitivní vlastnosti těchto směsí, výsledky současně ukazují, že optimální je využití množství do max. 10 % odpadní pryže. Současně výsledky prokázaly, že výrazně lepším řešením je využití odpadní pryže kryogenně drcené. Běžné mechanické drcení ukazuje při použití počítačové tomografie (CT) a fluorescenční detekce rozptýlení nižší homogenitu.


Den 3

Poslední den konference měl výrazné chemické zaměření. Prezentace byly zaměřeny jednak na vývoj bio materiálů, jednak na využití různých chemických aditiv.

V prezentacích, které byly věnovány bio asfaltům, bylo jasně řečeno, že kvalita asfaltů se výrazně liší od kvality asfaltových pojiv vyráběných před 20 roky. V průběhu času se mění nejen vstupní suroviny (ropa), ale i způsob jejich zpracování. Současně se výrazně mění klimatické podmínky a dopravní zatížení. Paralelně je nezbytné řešit energetickou náročnost, snižování emisí, uhlíkovou stopu i snižování zdravotních či hygienických rizik. Na straně druhé je vyvíjen logický tlak na zvýšení výkonnosti, trvanlivosti a životnosti asfaltových konstrukcí. V současné době je proto ověřována řada řešení, která přispívají k udržitelnému rozvoji a současně je jejich výkonnost na požadované úrovni. Jedna z aktuálních alternativ pod názvem Bio MAG využívá epoxidové sójové boby kombinované s termoplastickým polymerem. První výsledky jsou velice slibné, a proto byla na další výzkum vyčleněna částka 20 mil. USD. Předpoklad je výroba bio pojiva a následná výroba asfaltové směsi. Ta bude aplikována na vybraných úsecích v různých klimatických pásmech a v období několika let pravidelně sledována a vyhodnocována.

Několik prezentací bylo věnováno vývoji nových metod, které by měly lépe a spolehlivěji popsat výkonnost a chování asfaltového pojiva i asfaltové směsi. Mezi tyto metody se řadí např. chromatografická metoda GPC pro sledování degradace pojiv modifikovaných SBS, kalorimetrická metoda, metoda fluorescenční, počítačová tomografie apod. U těchto metod, které více než do silničářské profese spadají do chemického chování hmot, jsou sledovány chemické vazby a molekulární změny a jejich využití v běžné silničářské praxi je velmi komplikované.

Dvě prezentace byly věnovány problematice využití rejuvenátorů. Dosažené výsledky ukazují, že pozornost je nutné věnovat zejména:

  • termální stabilitě,
  • molekulární dynamice (původního pojiva i rejuvenátoru).

Prezentované výsledky ukazují, že hodnocení funkčnosti rejuvenátoru závisí na vlastnosti, kterou chceme hodnotit. Jednou z vlastností je například rychlost difuze, kde se jako nejrychlejší ukazuje rejuvenátor na bio bázi, a naopak nejpomalejší je rejuvenátor na bázi aromatických olejů. Při posuzování separace, která zrychluje s rostoucí teplotou, se naopak ukazuje jako nejlepší rejuvenátor na bázi aromatických olejů.

Z kombinace různých požadavků a hledisek vyplývá aktuálně následující pořadí:

1.   rejuvenátor na bázi aromatického oleje se ukazuje jako nejlepší;

2.   druhým v pořadí je rejuvenátor na bázi bio oleje (klasický kuchyňský olej);

3.   třetí je rejuvenátor na bázi naftenu;

4.   poslední je rejuvenátor na bázi čistého motorového oleje (POZOR! Nejedná se o REOB – tato báze byla vzhledem k několika negativním vlastnostem opuštěna).

Velká pozornost byla věnována využití izokyanátu pro modifikaci asfaltové směsi. Jedná se o reaktivní bázi, která však sama o sobě zlepšuje některé vlastnosti silničního asfaltu. Její negativní stránkou je ale fakt, že má minimální vliv na zpětné přetvoření a modifikované asfalty tak vykazují hodnoty vratné duktility výrazně pod 50 %! Pro dosažení elastických parametrů je proto nutné využít kombinace s latexem nebo SBS. Takto upravené pojivo lze využít nejen pro standardní asfaltové směsi, ale i pro výrobu kationaktivních emulzí pro nátěry nebo emulzní mikrokoberce.

Pozornost je nezbytné věnovat teplotám – vysoké teploty jsou pro izokyanát nevhodné, a proto je nevhodné např. i dlouhodobé skladování asfaltového pojiva s přísadou izokyanátu. Jako výrazně lepší cesta se ukazuje modifikace asfaltové směsi s touto reaktivní bází.

Využití izokyanátu v kombinaci s SBS vede také ke snížení obsahu sirovodíku H2S, pro funkčnost tohoto systému je však nezbytné vmíchání izokyanátu do asfaltového pojiva ve vhodném reaktoru.


Shrnutí

Výše uvedené postřehy a informace jsou pouze jakýmsi stručným průřezem. Zajímavých informací a podnětů nabídl průběh konference pochopitelně výrazně více. Konference ukázala, že i oblast asfaltového průmyslu chápe nutnost výrazných změn směrem k udržitelnému rozvoji, ochraně zdrojů, ochraně životního prostředí nebo zdraví. Je patrná silná snaha výrazného navýšení recyklace materiálů obecně se zaměřením na cirkulární ekonomiku. Na druhou stranu je brána velmi vážně základní úloha, kterou silničářská obec má – zabezpečení dopravy, která je nezbytná pro chod ekonomiky. Efektivní a provozuschopná infrastruktura, která je bezpečná a komfortní v průběhu celého svého životního cyklu, je prioritou a nezbytností.

Snad se proto můžeme do budoucnosti těšit na výrazné zlepšení spolupráce a výměnu zkušeností mezi Evropou a Amerikou. Taková spolupráce by byla bezesporu přínosem pro obě strany.


Závěrečná poznámka

Pořadatel konference nedává k dispozici jednotlivé prezentace, ale pouze anotace k těmto prezentacím. Anotace jsou k dispozici u autora příspěvku. V případě zájmu o některou z prezentací je možné, aby se účastník konference obrátil přímo na příslušného autora. Podle sdělení pořadatele vycházejí autoři prezentací zpravidla těmto požadavkům vstříc. Seznam prezentací je k dispozici na sekretariátu Sdružení pro výstavbu silnic.