Díky stále vzrůstajícímu dopravnímu zatížení v posledních desetiletích se zvýšily i požadavky na namáhání, která musí jednotlivé asfaltové vrstvy na silničních komunikacích vydržet bez poškození. Jednu ze zásadních funkcí ve stavbě vozovky přebírá v této souvislosti asfaltová ložní vrstva. Ta má za úkol pojmout namáhání vzniklé dopravním zatížením, zejména namáhání smykem, a odvést jej bez škod do níže položených vrstev.
V posledních dekádách je možné sledovat vývoj řady konceptů asfaltových ložních vrstev a jejich přizpůsobení příslušným rámcovým podmínkám – vyšší intenzitě dopravy, vyššímu rozložení zatížení. Trendy směřují k vyšší odolnosti směsí proti mechanickým deformacím, což znamená zejména odvádění zátěže od zrna k zrnu kamenné kostry. Tato odolnost byla mnohokrát řešena zvýšením podílu hrubozrnného kameniva nebo použitím tvrdších druhů asfaltových pojiv. Tyto optimalizace však automaticky vedly k nevýhodné tvorbě dutin (jejich obsah a rozmístění) a nižší spotřebě pojiva (slabší film). V posledních letech tak dochází zejména u silně dopravně zatížených komunikací a u silnic s vysokým podílem smykového a střihového namáhání (například u kruhových objezdů s malými rádii) k častějším škodám ještě v záruční době. To neocení ani investor, ale ani realizační firma.
Asfaltové ložní vrstvy SMA
V rámci konceptu tzv. nízkoúdržbových krytů vozovek jsou v otázce recyklace nejdále kolegové z Německa. Tam se technologie pokročilých ložních vrstev dlouhá léta běžně používá pro dálnice a rychlostní silnice. Na základě již uskutečněných akcí mohla Inženýrská společnost PTM Dortmund provést širší vyhodnocení: „Asfaltové ložní směsi SMA B S jsou nastaveny dle standardních principů SMA s přerušenou čárou zrnitosti. Díky zvýšenému podílu hrubého kameniva vzniká samonosná směs, u níž jsou dutiny z převážné části vyplněny mastixovým asfaltem. V porovnání s asfaltovou ložní směsí ZTV/TL vykazuje směs ložní vrstvy SMA vyšší obsah pojiva, až o 1 % více, a vyšší obsah plniva. Aby mohly být dutiny homogenně a trvale vyplněny hmotou, je nutné použití nosiče pojiva – celulózového vlákna v množství větším než 0,2 % hmotnosti směsi. Kombinace plniva, asfaltu a nosiče vede v porovnání se standartními asfaltovými směsmi ke zvýšené mastixové fázi a tlustším filmům pojiva. Asfaltová ložní směs SMA B S má nejlepší protiúnavové vlastnosti, a je tak vhodná pro oblasti s velkým střídáním zatížení a vysokým podílem těžké nákladní dopravy.“
V České republice byl koncept směsi SMA v ložních vrstvách ověřen např. v roce 2017 v rámci programu SFDI na zatíženém úseku silnice II/236 (Kačice–Smečno) v délce 1 500 m. Komunikace slouží jako spojka mezi dálnicemi D6 a D7, respektive silnicí I/7, a je často využívána těžkou nákladní dopravou. Zkušební úsek byl rozdělen na 6 sekcí o jednotné délce 250 m. Položeny byly dva zkušební druhy SMA L 22 S při využití až 40 % recyklátu. Podle dosavadních prezentovaných výsledků byla prokázána vyšší odolnost vůči tvorbě trvalých deformací. Závěr? Vyšší životnost a trvanlivost zkušebního úseku. Přínosem je také snížení segregace asfaltové směsi přes obsah zrna 22 mm ve směsi.
Obrázek 1: Detail položené směsi SMA L 22 S
Obrázek 2: Pokládka směsi SMA L 22 S firmou Froněk v 10/2017 v rámci zkušebního úseku programu SFDI
Použití PVB v ložních vrstvách
Druhou oblastí, která byla již poměrně ve větším měřítku prozkoumána, je použití některých průmyslových polymerů. Jedním z příkladů je PVB (polyvinyl butyral). Jedná se o polymer používaný ve fóliích bezpečnostních skel. Ve většině případů je zpětná recyklace a využitelnost velmi nízká a nepředstavitelně náročná, hlavně díky kontaminaci skel. V rámci původní spolupráce mezi firmou CIUR a DuPont se podařilo nalézt zpracovatelské řešení umožňující tento polymer využít jako částečnou náhradu pojiv (bezpečně dle dosavadních zkušeností až do 30 % obsahu referenčního pojiva ve směsi) a zároveň jako přísadu zlepšující určité parametry. Přínosem finální přísady je zvýšená odolnost asfaltových směsí proti tvorbě trvalých deformací. Využití je zaměřeno především na ložní vrstvu, která je z velké části právě příčinou vzniku „vyjetých kolejí“. V této konstrukční vrstvě je v letních měsících extrémně vysoká teplota a směs při použití nemodifikovaných pojiv ztrácí svou tuhost. U směsí s obsahem přidaného PVB byla zjištěna vyšší životnost ve srovnání s obdobnými úpravami s pojivy 50/70. Přidáním PVB se také pozitivně ovlivňuje přilnavost pojiva ke kamenivu.
Obrázek 3: Vážení potřebného množství přísady
Obrázek 4: Pohled na směs ACL s náhradou 22 % Butacite pro výrobu zkušebních lab. Těles asfaltového pojiva přísadou na bázi PVB
Zkušební úseky s přísadou Butacite jsou kontinuálně prováděny cca od roku 2009. Celkem bylo na území České republiky zatím provedeno na různě zatížených komunikacích 9 zkušebních úseků. Všechny úseky jsou průběžně monitorovány a zatím u nich nebyly po cca 10 letech shledány zásadní problémy. Nejvýznamnější z nich je zkušební úsek v obci Rudná, který leží u Prahy v bezprostřední blízkosti dálnice D5. Pokládka byla realizována v roce 2015 na Masarykově třídě (silnice II/605). Úsek má celkovou délku 3 900 m a je rozdělen na několik částí podle množství dávkované přísady, která byla dávkovaná především do ložních konstrukčních vrstev. Silnice funguje jako bypass pro dálnici D5 a je často zatěžována těžkou nákladní dopravou. Například letos byl průtah obcí velmi vytížen z důvodu rekonstruované části dálnice D5 v úseku 0.–5. km. Také na tomto úseku jsou pravidelně (cca 1x až 2x do roka) prováděna kontrolní měření. Bylo provedeno několik zkušební vývrtů, na nichž byly posléze provedeny kontrolní laboratorní zkoušky především na pracovištích laboratoří firmy Eurovia a silniční laboratoře FSv ČVUT v Praze.
Obrázek 5: Výroba směsi na obalovně probíhá standartním způsobem, přísada je dávkována do násypky a vzduchem dopravována do míchacího zařízení
Obrázek 6: Pokládka směsi ACL 16 s částečnou náhradou pojiva 50/70 v obci Rudná v roce 2015
Obrázek 7: Pravidelná kontrola stavu zkušebního úseku pracovníky laboratoře v obci Rudná
Obrázek 8: Provádění vývrtů na silnici II/605 za účelem kontroly stavu vrstev vozovky
Laboratorní kontrola směsi ACL 16 ze zkušebního úseku II/605 – Rudná
Poslední kontrola stavu vozovky byla provedena v září 2018. V roce 2017 byly provedeny kontrolní vývrty a na tělesech byla provedena série zkoušek. Objemová hmotnost jako jedna ze základních charakteristik asfaltových směsí byla stanovena dle ČSN EN 12697-6+A1 (736160) Asfaltové směsi – Zkušební metody pro asfaltové směsi za horka – Část 6: Stanovení objemové hmotnosti asfaltového zkušebního tělesa. Hodnoty získané na pracovišti silniční laboratoře FSv ČVUT v Praze jsou uvedeny v tabulce 1.
Tabulka 1: Základní charakteristiky směsi
Stanovené moduly tuhosti předmětné směsi ACL 16 byly měřeny na zkušebních tělesech válcového tvaru dle ČSN EN 12697-26 metodou C, tedy opakovaným namáháním v příčném tahu při různých teplotách (0 ˚C, 15 ˚C, 27 ˚C). Díky získaným hodnotám je možné odvodit schopnost vzorku odolávat účinkům zatížení při různých podmínkách. Určující jsou pro posouzení deformačního chování hodnoty změřené při teplotě 15 ˚C. Hodnota teplotní citlivosti ukazuje na poměrně stálé chování. Hodnoty jsou shrnuty v tabulce 2.
Tabulka 2: Porovnání naměřených hodnot modulu tuhosti směsi
K určení dalšího předpokládaného chování směsi při nízkých teplotách byla provedena zkouška stanovení odolnosti směsi proti šíření trhliny na půlválcovém zkušebním tělese s vytvořenou drážkou 10 x 0,9 mm dle ČSN EN 12697-44. Jako zkušební byla stanovena teplota 0 oC. Stanovení hodnot práce a lomové energie byly stanoveny nad rámec požadavků normy a jsou pracovištěm FSv ČVUT v Praze používány k posouzení náchylnosti šíření trhliny.
Tabulka 3: Stanovení odolnosti vůči lomu @ 0 oC
Použití PET vláken
V ložních vrstvách, u nichž je požadována dlouhá životnost i při vyšších intenzitách zatížení, se osvědčilo speciálně upravené PET (polyethylentereftalát) vlákno získané zpětnou recyklací z použitých odpadních surovin (převážně PET lahví). Vlákno je podle dosavadních zkušeností vhodné do asfaltových směsí (především typu AC) jako vysoce stabilní rozptýlená výztuž. Ve směsi přísada především vylepšuje odolnost proti trvalým deformacím. Jako optimální se ukazuje dávkování od 0,5 kg do 2 kg na tunu asfaltové směsi. Nejlepších hodnot je dle zkušeností dosaženo v horní hranici, tedy v množství 2 kg na tunu směsi. Vlákno lze vkládat přímo do míchacího zařízení obalovny asfaltových směsí. V brzké době očekáváme výrobu granulátu s významným obsahem tohoto vlákna k dávkování do násypky do obalovny. V současnosti se intenzivně ověřují aplikace v množství desítek tun v zahraničí pod obchodním názvem Namflex. Zkoušky probíhají také v České republice na řadě zkušebních úseků, kde je výrobek porovnáván (z pohledu technických vlastností a příznivé ekonomiky) s jinými dostupnými produkty na trhu – viz tabulka 4.
Tabulka 4: Porovnání naměřených hodnot modulu tuhosti shodných směsí ACO 11 s obsahem výztužných vláken
Tabulka 5: Stanovení odolnosti směsí s výztužnými vlákny vůči lomu @ 0 oC
František Buráň, Ing., CIUR a.s.
Mojmír Urbánek, Ing., CIUR a.s.
Literatura
[1] Gogolin A.: Ingenerungesellschaft, PTM ASPHALT, Německo, 5/2016
[2] Mondschein P.: Návrh projektu SFDI – Koncept asfaltových směsí SMA do ložných konstrukčních vrstev, FSv, ČVUT v Praze, 2017
[3] Valentová T., Valentin J.: Posouzení modulu tuhosti a odolnosti asfaltové směsi proti šíření trhliny na vybraných typech asfaltové směsi, Silniční laboratoř FSv, ČVUT v Praze, 2017