Silnice Mosty 2023, 3, 29–32
Lasse Antczak, B.Eng., CTS Bitumen GmbH
Dálnice A9 hraje důležitou roli v německé silniční síti, je klíčovou spojnicí mezi Berlínem a Mnichovem. Vzhledem k blízké zástavbě se v tomto úseku od roku 2005 používá jako obrusná vrstva drenážní asfaltový koberec. V roce 2023 prošel úsek u města Garching celkovou rekonstrukcí s využitím drenážního asfaltového koberce (PA 8). Tato rekonstrukce je průkopnickým řešením nejen díky své velikosti a složitosti, ale také díky použití pryží modifikovaného asfaltu.
Historie modifikace asfaltových pojiv pryží v Bavorsku
Již více než deset let sází Bavorsko na uplatňování modifikace asfaltových pojiv pryží při používání drenážních asfaltových koberců. Díky dlouhé fázi vývoje a optimalizace se ukázalo, že použití pryží modifikovaných asfaltů výrazně zvyšuje životnost asfaltových vozovek. Například průměrná životnost drenážního asfaltového koberce vyrobeného s využitím pryží modifikovaného asfaltu je pozoruhodných 13,5 let. V porovnání s tím je průměrná životnost obrusných vrstev s pojivem PMB pouhých 8,5 roku. Výrazně delší životnost pryží modifikovaných asfaltů je dána zejména pomalejším stárnutím, kterého je dosaženo díky přítomnosti pryže v pojivu – pryží modifikovaný asfalt stárne přibližně o 50 % pomaleji než srovnatelná pojiva typu PMB [3].
Důležitou roli hraje také konkrétní křivka zrnitosti použitého kameniva při počátečních zkouškách v laboratoři. Vyvážená směs (tabulka 1) s uplatněním 4,0 % vápencové moučky, 4,0 % drobného drceného kameniva a 92,0 % kameniva zrnitosti 5/8 mm s kubickým tvarem zrn (poměr stran 1/3) tvoří základ vysoké kvality směsi a zajišťuje stabilní strukturu kostry kameniva. Mezerovitost činí obvykle 25 %-obj. Směs obsahuje cca 4,5 % asfaltu 70/100 a cca 2,2 % granulátu pryží modifikovaného asfaltu (GRM 40/20). To dodává asfaltové směsi požadovanou pružnost, odolnost proti stárnutí a zajišťuje vyšší životnost. Díky těmto základním principům mají pryží modifikované drenážní asfaltové koberce až o 60 % delší životnost než srovnatelné asfaltové směsi s PMB. Přenos zatížení u tohoto typu asfaltové směsi probíhá výhradně prostřednictvím kostry kameniva – modifikovaný asfalt slouží pouze jako pojivo a zajišťuje celkovou soudržnost asfaltové směsi. Kombinace měkkého základního pojiva 70/100 a pryžové modifikace zajišťuje pružnost a nabízí značné výhody oproti tvrdším pojivům, a to zejména v zimním období.
Technické podmínky pro úpravu pryže v Bavorsku
Od roku 2010 platí v Bavorsku zvláštní předpisy pro pryží modifikovaná asfaltová pojiva a pryží modifikované asfaltové směsi. Tyto technické podmínky se mimořádně osvědčily a slouží nejen jako základ pro zadávání stavebních zakázek v Bavorsku, ale lze je použít jako vodítko v celé Evropě. Od zavedení technických podmínek TL RmB-StB By 2010 bylo v Bavorsku položeno více než 10,6 mil. m2 vozovek z asfaltových směsí modifikovaných pryží. To svědčí o vysoké oblíbenosti této technologie při stavbě a opravách silnic. Asfaltová pojiva podle těchto podmínek se nepoužívají pouze v drenážním asfaltovém koberci – stejně oblíbené a výhodné je jejich použití ve směsích typu SMA, AC pro ložní i obrusné vrstvy nebo v podkladních vrstvách. Výhody, jako je pomalé stárnutí, zvýšená pružnost a viskozita, se projevují u všech typů asfaltových směsí a z nich položených vrstev.
Vysoká míra použití těchto technických podmínek TL RmB-StB By 2010 je založena především na tom, že jsou používány vhodné suroviny s vysokým obsahem kaučuku. V dokumentu TL nejde o to, aby se do asfaltu dávalo co nejvíce pryže, ale aby bylo dosaženo kvalitní modifikace. Od 60. let 20. století je zřejmé, že existuje pouze jeden způsob, jak pryž v asfaltu úspěšně použít. Ten je založen na reakci pryže a asfaltu, a to pouze při teplotách nad 200 °C po dobu několika hodin. Za těchto podmínek částice pryže nabobtnají a zvýší se viskozita směsi. Granulát pryží modifikovaného asfaltu (GRM) podle TL se podle tohoto principu vyrábí v uzavřeném systému. Tento postup se označuje jako „mokrý proces“. Při dosažení nejvyšší viskozity se reakce zastaví ochlazením a poté se vzniklá směs granuluje pomocí plniva. Výsledkem je suchý granulát. V této granulované formě lze pryží modifikovaný (zreagovaný) asfalt skladovat téměř neomezeně dlouho. Suchý granulát se přidává na obalovnách asfaltových směsí do míchačky při teplotách míchání 110 °C až 160 °C.
Kromě bavorských předpisů existuje v Německu další soubor technických předpisů nazvaný E GmBA – ten je srovnatelný s ostatními soubory předpisů používanými v Evropě. Cílem E GmBA je používat v asfaltu co nejvíce pryže. To však nezaručuje stejnou kvalitu směsi, která vzniká při použití bavorského předpisu. Po zavedení souboru nových předpisů obvykle trvá několik let, než se jsou vyřešena všechna možná úskalí a kvalita výsledných asfaltových směsí se ustálí.
podle technických předpisů v Německu
Obrázek 1 ukazuje, že pět let po zavedení se TL velmi rozšířily a používají se i mimo Bavorsko. Na druhou stranu předpis E GmBA z roku 2012 se kvůli nedostatkům v kvalitě finálních produktů v průběhu času nerozšířil.
Rekonstrukce dálnice A9
Rekonstrukce drenážního asfaltového koberce na dálnici A9 u Mnichova byla velkou výzvou. Při průměrném dopravním zatížení přibližně 130 000 osobních a 20 000 nákladních automobilů denně [1] je tento úsek dálnice A9 velmi frekventovaný a kladl na asfaltovou směs a stavební práce mimořádné nároky. Oprava se týkala celkové plochy 360 000 m2 – to odpovídá úseku o délce 9,0 km v každém směru se 4 až 5 jízdními pruhy. Tloušťka obrusné vrstvy 5,5 cm se po několika letech testování a praktických pozorování ukázala jako optimální z hlediska trvanlivosti a snížení hluku. Objemová hmotnost směsi je 2 000 kg/m³, což znamenalo zhruba 40 000 tun asfaltové směsi na celou rekonstrukci.
Jako pojivo byl použitý asfalt RmB G 35/70-55, a to v množství 6,5 %-hm. až 6,8 %-hm. asfaltové směsi, přičemž toto pojivo obsahovalo 33 % GRM 40/20 a 67 % 70/100. Mezerovitost asfaltové směsi se pohybovala v rozmezí 24 %-o až 26 %-obj.
Výzvy a řešení
Vysoké dopravní zatížení vyžadovalo pro toto stavební opatření dvě krátké stavební uzavírky, které určila společnost Autobahn GmbH. Frézování starého asfaltového koberce, pokládka nové obrusné vrstvy a značení musely být dokončeny během méně než 10 dnů v obou jízdních směrech. Celková pokládka téměř 20 000 tun asfaltové směsi trvala v jednom jízdním směru pouze neuvěřitelných 38 hodin.
Zakázku na tento náročný stavební projekt získala společnost Richard Schulz z Neuburgu an der Donau, která již dříve prokázala své schopnosti úspěšně realizovat takto velké projekty v extrémně krátkém čase. Stavební projekt zahrnoval využití 4 obaloven asfaltových směsí, 80 nákladních automobilů, až 5 finišerů, 3 homogenizéry a až 15 hutnicích prostředků (válců). Pokládka obrusné asfaltové vrstvy v jednom jízdním směru probíhala bez přestávky a úctyhodnou rychlostí – za hodinu bylo zpracováno přes 500 tun asfaltové směsi. Důležitou roli v tomto stavebním projektu tak hrála velmi dobrá logistika.
Ekologické výhody tohoto projektu
Modifikace asfaltových směsí pryží zreagovaným asfaltovým pojivem nabízí řadu výhod, které vedou k udržitelné výstavbě silnic a dálnic. Díky použití recyklovaných pneumatik z nákladních vozidel, jako základní složky pojiva, je zapotřebí menší množství čerstvého asfaltu, snižuje se množství odpadu a minimalizují se emise CO2. Použité pneumatiky z nákladních vozidel obsahují vysoký podíl přírodního kaučuku. Delší životnost pryží modifikované asfaltové směsi přispívá k výraznému zlepšení celkové environmentální bilance stavby. Prodloužení životnosti stavby tak mimo jiné umožňuje šetřit spotřebu neobnovitelných surovin. Díky delší životnosti lze také snížit počet jinak nutných sanací a oprav. Celkově je modifikace pryží dobrým řešením pro udržitelnou a ekologicky šetrnou silniční infrastrukturu. Společnost CTS Bitumen (výrobce pryží modifikovaného asfaltového granulátu) dokončila hodnocení životního cyklu svého výrobku v roce 2021 [4]. Na základě této bilance a dosavadních zkušeností lze po dobu následujících 30 let předpokládat, že pro rekonstruovaný úsek dálnice A9 bude ročně ušetřeno 1 300 t emisí CO2 (životnost 13,5 roku při použití asfaltové směsi s pojivem RmB G oproti životnosti 8,5 roku při použití asfaltové směsi s pojivem PMB).
Kromě emisí CO2 může modifikace pryží vést také ke snížení emisí na pracovišti. Laboratorní testy (tabulka 2) na směsích SMA ukázaly, že při modifikaci polymerem je aerosolové zatížení 85,60 mg/m3. Zatížení při modifikaci pryží je 54,00 mg/m3, což odpovídá snížení o více než 36 %.
Měření emisí v laboratoři bylo provedeno v souladu s měřením emisí při monitorování na staveništi. V porovnání s podmínkami na staveništi nemají laboratorní podmínky žádné ovlivňující faktory, jako je použití uvolňujících látek, měnící se podmínky prostředí (směr a rychlost větru, kolísání teploty a tlaku vzduchu) a doprava. Během měření byly měřeny všechny vznikající výpary. Proto jsou tyto výsledky klasifikovány jako absolutní měření a nelze je srovnávat s mezními hodnotami v podmínkách in situ. [2]
Závěr
Rekonstrukce stávající obrusné vrstvy pomocí asfaltové směsi typu PA s pryží modifikovaným asfaltovým pojivem na dálnici A9 u Mnichova je ukázkovým projektem využití modifikace směsi pomocí GRM v Německu. Realizace tohoto projektu nejen zvýšila bezpečnost a životnost dálnice A9 v tomto úseku, ale také nastavila nová měřítka efektivity a udržitelnosti při výstavbě silnic. Platí totiž, že dlouhodobě ekologicky a ekonomicky efektivní je pouze trvalá vozovka.
Literatura
[1] Bundesanstalt für Straßenwesen 2021. Dostupné z https://www.bast.de/DE/Verkehrstechnik/Fachthemen/v2-verkehrszaehlung/Aktuell/zaehl_aktuell_node.html;jsessionid=8760C185F4591D1BBB271B147FD200D9.live11314?nn=1819516&cms_detail=9062&cms_map=0
[2] Bericht GA 1277-23-3 Dampf- und Aerosolmessung mit und ohne gummimodifizertem Asphalt. Fellbach. IBQ. (2023).
[3] Schmalz D.-I. M. Bericht Nr. 3295-B3-I BAB A5 Erprobungsstrecke mit offenporigen Asphaltdeckschichten. IFB Gauer Regenstauf 2005.
[4] Ökobilanz von Gummimodifizierten Bitumen. Hombrechtikon (CH): Umtec Technologie AG 2021.