Proekologiczne asfaltowe nawierzchnie dróg

Transkrypt

1 Proekologiczne asfaltowe nawierzchnie dróg Prof. dr hab. inż. Dariusz Sybilski IBDiM Warszawa Politechnika Lubelska Przyjaźń ze środowiskiem Stosowanie materiałów miejscowych Stosowanie materiałów alternatywnych Recykling nawierzchni asfaltowych Zmniejszenie zużycia energii Zmniejszenie hałasu drogowego 2 1

2 Przyjaźń ze środowiskiem Stosowanie materiałów miejscowych Stosowanie materiałów alternatywnych Recykling nawierzchni asfaltowych Zmniejszenie zużycia energii Zmniejszenie hałasu drogowego 3 Zagrożenia budowy i modernizacji dróg Niedostatek materiałów: kruszyw, asfaltu, cementu Spiętrzenie dostaw w końcu sezonu roboczego Logistyka i Transport Budowa i remonty dróg zagrażają budowie i remontom dróg (A. Kabziński) Niewydolność transportu kolejowego 4 2

3 Co stosować? Materiały miejscowe Słabe kruszywa Kruszywa polodowcowe przekruszone otoczaki Piaski Pospółki Wapienie, dolomity Materiały alternatywne 5 Jak stosować materiały miejscowe? Słabe kruszywa Konstrukcja nawierzchni i technologia budowy dostosowana do miejscowych zasobów materiałowych Przykład: beton asfaltowy o wysokim module sztywności Przykład: nawierzchnia półsztywna lub kompozytowa 6 3

4 BA (AC) WMS Praca badawcza IBDiM na zlecenie GDDKiA Kruszywa klasy II, III lub pozaklasowe: Wapienne Granitowe Przekruszone otoczaki Żużel stalowniczy Bazaltowe kruszywo porównawcze 7 Koleinowanie 10 BAWMS16B5.1 6,3 % PLD, % 5 BAWMS16B4.6 2,7 % BAWMS16W 3,7 % BAWMS16G 2,6 % BAWMS16O 2,0 % BAWMS16Z 2,3 % 0 8 4

5 Moduł sztywności Moduł sztywności, MPa BAWMS16B4.6 BAWMS16B5.1 BAWMS16W BAWMS16G BAWMS16O BAWMS16Z Symbol MMA IT-CY 4PB-PR 9 Trwałość zmęczeniowa Spadek modułu D, % ,7 19,7 15, BAWMS16B4.6 BAWMS16B5.1 BAWMS16W BAWMS16G BAWMS16O BAWMS16Z Symbol MMA 10 5

6 Odporność na działanie wody Wodoodporność, % ,9 118,7 121,3 107,8 104,8 95, BAWMS16B4.6 BAWMS16B5.1 BAWMS16W BAWMS16G BAWMS16O BAWMS16Z Symbol MMA 11 Wnioski Słabsze kruszywa miejscowe mogą być z powodzeniem stosowane w BA WMS Nowoczesne metody badań pozwalają obiektywnie i wiarygodnie ocenić właściwości wytworzonych z nimi mieszanek mineralnoasfaltowych Norma europejska PN-EN daje możliwość wyboru metody projektowania betonu asfaltowego empiryczną i funkcjonalną Metoda funkcjonalna daje szansę inwestorowi i wykonawcy na zastosowanie materiałów, które pozornie są gorszej jakości 12 6

7 Nawierzchnia drogowa Asfaltowa, półsztywna Warstwa ścieralna Warstwy asfaltowe Warstwa wiążąca Warstwa podbudowy Podbudowa związana spoiwem hydraulicznym: cementem, wapnem Podłoże gruntowe ulepszone Podłoże gruntowe nieulepszone 13 Nawierzchnia drogowa Asfaltowa, Kompozytowa Warstwa (y) asfaltowe Warstwy podbudowy związane spoiwem hydraulicznym: cement, wapno, popioły Podłoże gruntowe ulepszone spoiwem hydraulicznym Podłoże gruntowe 14 7

8 Nawierzchnia półsztywna lub kompozytowa Podstawowy problem spękania odbite Konieczność stosowania środków zapobiegawczych Dylatacje Membrany przeciwspękaniowe 15 Uszkodzenia: Nawierzchnia asfaltowa Spękania odbite 16 8

9 Spękania odbite Największy problem nakładki asfaltowej na podbudowie sztywnej, np. płytach betonowych Przyczyna przemieszczenia w połączeniach płyt szczelinach i pęknięciach Pęknięcie odbite Przemieszczenie generowane obciążeniem kołem pojazdu Asfalt Beton Skurcz płyt Rozszerzanie płyt Otwarcie szczeliny Zamknięcie szczeliny 17 Spękania odbite Warstwy asfaltowe Beton Podłoże Większe elementy Większe przemieszczenie Pękanie 18 9

10 Spękania odbite Warstwy asfaltowe Beton Podłoże Mniejsze elementy Mniejsze przemieszczenie Brak spękań Zalecana częstotliwość dylatacji: od 2 do 3 m 19 Spękanie odbite prewencja - szczeliny dylatacyjne Nacięcie: inicjacja na górze Sztywna wkładka Nacięcie: inicjacja na dole Szczelina z emulsją asfaltową Wkładka foliowa 20 10

11 Spękanie odbite membrana Nowe warstwy asfaltowe Membrana przeciwspękaniowa (SAMI lub siatka) Warstwa wyrównawcza 21 Znaczenie połączenia między warstwami Naprężenie rozciągające brak połączenia Naprężenie rozciągające dobre połączenie 22 11

12 Uwaga: włóknina! 23 Połączenie międzywarstwowe Siatka niepowlekana 24 12

13 Połączenie międzywarstwowe Siatka szklana niepowlekana Ścięcie w strefie siatki 25 Połączenie międzywarstwowe Siatka węglowa powlekana Ścięcie w warstwie asfaltowej poza strefą siatki Ścięcie nastąpiło po warstwie siatki 26 13

14 Połączenie międzywarstwowe Próbka bez siatki

15 29 Siatki szklane lub węglowe powlekane asfaltem Dobre połączenie z warstwami asfaltowymi Łatwość recyklingu nawierzchni Możliwość układania pod cienką warstwą as ą ścea ścieralną 2-3c cm (sa (siatki węglowe) Dopuszczalny przejazd pojazdów 30 15

16 Przyjaźń ze środowiskiem Stosowanie materiałów miejscowych Stosowanie materiałów alternatywnych Recykling nawierzchni asfaltowych Zmniejszenie zużycia energii Zmniejszenie hałasu drogowego 31 Materiały alternatywne Odpad przetworzony w wyniku procesu technologicznego, odpowiadający po przetworzeniu wymaganiom norm, aprobat technicznych na podstawie badań wykonanych przez akredytowane laboratoria uznaje się za produkt Ze względu na uznanie przetworzonych odpadów przemysłowych (zwanych też często produktami ubocznymi) za pełnowartościowy produkt upowszechniana jest ich nazwa - materiały alternatywne 32 16

17 Główne odpady przemysłowe w budownictwie drogowym Główne gałęzie przemysłu źródła materiałów alternatywnych: Budownictwo i przemysł materiałów budowlanych Górnictwo Energetyka Hutnictwo Chemia 33 Główne odpady przemysłowe w budownictwie drogowym Żużel stalowniczy (ang. steel slag) Żużel l wielkopiecowy i kawałkowy (ang. air cooled blast furnace slag) Żużel wielkopiecowy granulowany (ang. vitrified - or granulated - blast furnace slag) Żużel i popiół paleniskowy powęglowy (ang. coal bottom ash) Żużel i popiół paleniskowy komunalny (ang. municipal solid waste incinerator bottom ash) Żużel hutniczy nieżelazny (ang. non-ferrous slag) Popiół lotny (ang. coal fly ash) Łupek węglowy (ang. mining waste rock) Piasek formierski (ang. foundry sand) Odpady szklane (ang. waste glass) Kruszywo mineralne odpadowe (ang. mining waste rock) Odpady rozbiórkowe budowlane (ang. building demolished by-products) Zużyte opony samochodowe (ang. scrap tyres) Odpady tworzyw sztucznych (ang. waste plastic) 34 17

18 Główne odpady przemysłowe w budownictwie drogowym Recyklowane materiały i odpady drogowe: Destrukt asfaltowy (ang. reclaimed asphalt pavement RAP) Destrukt betonowy (ang. reclaimed concrete pavement RCP) Materiały podbudowy nawierzchni (ang. reclaimed base and subbase) 35 Przyjaźń ze środowiskiem Stosowanie materiałów miejscowych Stosowanie materiałów alternatywnych Recykling nawierzchni asfaltowych Zmniejszenie zużycia energii Zmniejszenie hałasu drogowego 36 18

19 Recykling nawierzchni asfaltowych: wskazania Rozwój recyklingu na zimno na miejscu podbudowy Rozwój recyklingu na gorąco w wytwórni konieczność racjonalnego wykorzystania destruktu asfaltowego 37 Cel i dobór metody recyklingu Cel Zabieg utrzymaniowy (powierzchniowy) Remont (odnowa) Metoda recyklingu Na gorąco na miejscu (płytki): Remixing lub Remixing Plus Na gorąco na miejscu lub w wytwórni Przebudowa (wzmocnienie) i Frezowanie Na zimno na miejscu lub w wytwórni Nowe warstwy asfaltowe 38 19

20 Udział granulatu w recyklingu na gorąco w wytwórni Uwaga: według dotychczasowych doświadczeń Mieszanka do warstwy Udział granulatu, %m/m Ścieralna do 10 Wiążąca do 25 (35) Podbudowa do 35 (50) 39 Recykling na gorąco w wytwórni 40 20

21 Przyjaźń ze środowiskiem Stosowanie materiałów miejscowych Stosowanie materiałów alternatywnych Recykling nawierzchni asfaltowych Zmniejszenie zużycia energii Zmniejszenie hałasu drogowego 41 Proekologiczne mieszanki mineralno-asfaltowe Zmniejszenie zużycia energii w produkcji mieszanki mineralnoasfaltowej Obniżenie temperatury produkcji i rozkładania Mieszanki na zimno Mieszanki na ciepło 42 21

22 Mieszanki na zimno Asfalt upłynniony Asfalt + rozpuszczalnik organiczny, zwykle lekki olej naftowy (lub dawniej smołowy) Coraz rzadziej stosowany ze względów BHP i ekologicznych Emulsja asfaltowa Dyspersja stałych cząstek asfaltu w wodzie 43 Emulsja asfaltowa Rozpad emulsji asfaltowej podczas jej stosowania Wytrącenie (rozdzielenie) fazy asfaltowej z fazy wodnej Asfalt staje się lepiszczem Woda wydzielona z emulsji odparowuje (z mieszanki mineralnoasfaltowej lub ze skropionego podłoża) 44 22

23 Mieszanka na zimno grave emulsion 45 Mieszanki na zimno czy na ciepło? Podstawowym problemem produkcji mieszanki mineralno-asfaltowej na zimno jest duża zawartość wolnej przestrzeni konieczna do odparowania wody po rozpadzie emulsji Mieszanka mineralno-asfaltowa na ciepło eliminuje ten problem 46 23

24 Mieszanki na ciepło Technologia WAM-Foam (Warm Asphalt Mix Foam) Shell&Kolo- Veidekke Technologia Aspha-Min Sasobit Asphaltan B 47 Technologia WAM-Foam Miękki asfalt Pen=200x0,1mm Kruszywo mineralne Mieszalnik Twardy asfalt Pen=20x0,1mm spieniony Mieszanka mineralno-asfaltowa na ciepło Transport 90 C Układanie 80 C 48 24

25 Asfalt spieniony Gorący asfalt Zimna woda i powietrze Komora ekspansyjna Dysza wtrysku asfaltu Asfalt spieniony 49 Asfalt spieniony Zastosowania Mieszanki mineralno-asfaltowe na ciepło Recykling nawierzchni na miejscu (zastąpienie emulsji asfaltowej) Powierzchniowe utrwalenie 50 25

26 Technologia Aspha-Min Dodatek syntetycznego y zeolitu (krzemianu wapniowo- glinowego) Zeolit Substancja mineralna odkryta w XVIII w. przez Axela Cronstedta Minerał krystaliczny zawierający mikrokanaliki, które zapewniają bardzo dużą higroskopijność Syntetyczny proszek zeolitowy zawiera do 21%m/m wody. Dodany do mieszanki mineralno-asfaltowej lt wydziela znaczną ilość pary wodnej powodującej pienienie asfaltu i lepsze otaczanie nim kruszywa mineralnego w niższej temperaturze produkcji Pozwala na obniżenie temperatury produkcji o 30 C 51 Sasobit Parafiny z procesu gazyfikacji węgla o temperaturze krystalizacji około 100 C Dodane do asfaltu (około 3%m/m) powodują zmniejszenie lepkości asfaltu (zmiękczenie) podczas produkcji mieszanki Po schłodzeniu poniżej 100 C następuje utwardzenie asfaltu Pozwala na obniżenie temperatury produkcji o 30 C Powszechnie stosowany do asfaltu lanego 52 26

27 Asphaltan B Produkt będący mieszaniną wosku parafinowego i ciężkich frakcji z destylacji ropy naftowej Dodawany 2-4%m/m do asfaltu Pozwala aa na obniżenie etemperatury peauy produkcji o 30 C 53 Zalety technologii na ciepło Zmniejszenie zużycia paliwa Obniżenie temperatury produkcji mieszanki o 30 C - oszczędność energii o od 25% do 30% (zależy od wilgotności kruszywa) Zwiększenie urabialności mieszanki Poprawa warunków zagęszczania Skrócenie czasu oczekiwania na oddanie nawierzchni do ruchu Możliwość wykonywania robót w niższej temperaturze Wydłużenie sezonu robót asfaltowych 54 27

28 Przyjaźń ze środowiskiem Stosowanie materiałów miejscowych Stosowanie materiałów alternatywnych Recykling nawierzchni asfaltowych Zmniejszenie zużycia energii Zmniejszenie hałasu drogowego 55 Hałas Każdy dźwięk, niezależnie od jego sposobu powstawania, głośności i czasu trwania, który powoduje dyskomfort psychiczny lub jest odczuwany jako uciążliwość 56 28

29 Problem hałasu w Europie 55 db(a) - dźwięk nieprzyjemny 65 db(a) - dźwięk nie do zniesienia, i i np. poważne ż zakłócenia snu 80 mln Europejczyków cierpi wskutek niedopuszczalnego natężenia hałasu 170 milionów Europejczyków żyje w szarej strefie dokuczliwości hałasu 38 mld euro rocznie - szkody ekonomiczne z powodu hałasu w UE (zakłócenia snu, utrata efektywności pracy, spadek wartości nieruchomości) 57 Hałas drogowy Przyczyny Interakcja opona-nawierzchnia Dźwięki pojazdu Silnik System napędowy System wydechowy 58 29

30 Hałas drogowy 59 Hałas drogowy Kontakt opony z nawierzchnią jest głównym źródłem hałasu Większości samochodów przy prędkości powyżej 55 km/h Samochodów ciężarowych przy prędkości ś powyżej ż j70k km/h 60 30

31 Ciche nawierzchnie drogowe Powstawanie hałasu: Zwiększenie szerokości opony o 10 mm powoduje wzrost hałasu od 0,2 do 0,4 db(a) Szorstkość nawierzchni również bardzo gładkie nawierzchnie mogą być powodem powstawania hałasu Szybkie tłoczenie i rozprężanie powietrza w miejscu kontaktu opony z nawierzchnią 61 Metody zmniejszenia hałasu ruchu pojazdów Zmniejszenie natężenia ruchu Ograniczenie prędkości ruchu Graniczna prędkość 55 km/h, samochody Ściany dźwiękochłonne Ciche nawierzchnie Asfalt porowaty PA Dwuwarstwowe nawierzchnie i porowate Drobnoziarnista mieszanka o nieciągłym uziarnieniu SMA, BBTM (MNU) Mieszanka z dodatkiem gumy 62 31

32 Asfalt porowaty 63 Hałaśliwość: wpływ nawierzchni Cicha nawierzch asfaltowa Cienka warst asfaltowa MN 0/6 nia a twa N U twa N U wy wy wy we Hałas, db(a) Cienka warst asfaltowa MN 0/10 Beton asfalto porowaty Beton asfalto Beton cemento Powierzchnio utrwalenie 64 32

33 Beton asfaltowy porowaty Zmniejszenie hałasu o 3 db(a) jest równoważne: lub 100 km/h 80 km/h Cicha nawierzchnia jest równoważna ścianie dźwiękochłonnej 65 Klasyfikacja hałaśliwości nawierzchni we Francji Kategoria Rodzaj nawierzchni BBTM 6 R1 BBUTM 6 PA 10 BBTM 10 AC 10 R2 CWZ BBUTM 10 Beton cementowy R3 BBTM 14 AC 14 Bruk kamienny R4 Kostka kamienna lub betonowa

34 Klasyfikacja hałaśliwości nawierzchni, IBDiM, 2005 Klasa hałaśliwościł ś i Warstwa ścieralna i l nawierzchni i nawierzchni Cicha Normalna Głośna AC (BA) 5 lub AC8 SMA5, SMA8 BBTM (MNU) 8 (GUFI) PA (asfalt porowaty) (COLSOFT) BBTM (MNU) 11 SMA11 BA11 BC (beton cementowy) CWZ (cienka warstwa na zimno) 67 Asfalt porowaty Zwiększenie zawartości wolnych przestrzeni w asfalcie porowatym z % v/v do co najmniej 22 % v/v pozwala na redukcję hałasu samochodów osobowych o około -6,5 db (A) i ciężarowych o około -4,5 db (A) Układ dwóch warstw asfaltu porowatego zmniejsza hałas drogowy o dodatkowe około 2dB(A) Układ dwuwarstwowy zmniejszenie hałasu drogowego o 8-10 db(a) 68 34

35 Ciche nawierzchnie - możliwości stosowania w Polsce Asfalt porowaty: Trudniejsze zimowe utrzymanie Mniejsza trwałość (średnio 8 lat, szczelna warstwa 10 lat) 69 Ciche nawierzchnie - możliwości stosowania w Polsce Asfalt porowaty: Układ dwuwarstwowy Większa efektywność (zmniejszenie hałasu nawet o 10 db(a) Mniejsze problemy zimowego utrzymania Lepsze odwodnienie Mniejsze zanieczyszczenie 70 35

36 Ciche nawierzchnie - możliwości stosowania w Polsce Szczelne mieszanki o nieciągłym uziarnieniu, np. SMA 5, 8, BBTM 8 Mieszanki z dodatkiem gumy Granulat gumowy (GUFI) Nowa technologia tecroad: granulat gumowo-asfaltowy 71 Proekologiczna nawierzchnia W czasie budowy: Nawierzchnia wybudowana z materiałów i w sposób nie zagrażający środowisku W czasie użytkowania: Nawierzchnia przyczynia się do zmniejszenia uciążliwości transportu samochodowego dla użytkownika drogi i otaczającego środowiska Po wyeksploatowaniu: Materiały użyte do jej budowy będą mogły być przetworzone i powtórnie użyte - nie staną się uciążliwymi dla środowiska odpadami 72 36

37 Dziękuję za uwagę 73 37