Environmentální technologie v silničním stavitelství a jejich aktuálnost
Partneři sekce:
Rozvinutá silniční infrastruktura je velmi významný faktor, který ovlivňuje a podmiňuje rozvoj hospodářství. Rozvoj silničního stavitelství však musí respektovat ochranu životního prostředí, musí být kontrolovaný a jeho rozvoj trvale udržitelný. Jde o rozvoj, který současným a budoucím generacím zachovává uspokojování základních životních potřeb a respektuje přirozené funkce ekosystémů.
V této souvislosti můžeme říci, že rozvoj silničního stavitelství bude souviset s používáním environmentálních technologií, které budou zaměřeny na:
- opětovné používání silničních stavebních materiálů,
- recyklování materiálů a používání vedlejších průmyslových produktů,
- používání nových pojiv,
- využívání energeticky méně náročných technologií při stavbě a obnově,
- používání konstrukcí s delší životností a menšími nároky na údržbu a obnovu silničních komunikací.
Technologie recyklování v silničním stavitelství
Recyklování a opětovné použití silničních stavebních materiálů jsou dva rozdílné technologické postupy. Opětovné použití silničních stavebních materiálů chápeme jako proces, při kterém se vybouraný materiál bez další úpravy opětovně zabuduje do konstrukce vozovky, přičemž se zachovají jeho původní vlastnosti. Při recyklaci jde o úpravu vlastností materiálů ze starých vozovek, například drcením, tříděním, doplněním nestmelených materiálů a přidáváním regenerujících látek do směsí s organickým pojivem, přidáváním různých druhů anorganických pojiv, jako jsou cement, vápno nebo popílek. Jejím výsledkem je tedy úspora materiálů, energie a pohonných látek, celkových nákladů, ale zejména ochrana životního prostředí.
Všechny materiály nebo stavební směsi zabudované v jednotlivých vrstvách vozovek jsou recyklovatelné a na základě laboratorních prací, rozborů a zkoušek je možné zabudovat do příslušných vrstev vozovek při splnění vyžadovaných pevnostních a deformačních parametrů. Druh používaných pojiv na recyklování materiálů ze starých vozovek rozhoduje o používané technologii i o možnosti používání technologie výroby na místě nebo ve výrobním centru.
Na ověření vlastností silničních stavebních materiálů stmelených pojivem se využívají různé zkušební metody a postupy. Důležitým poznatkem o odfrézovaných materiálech je rozbor jejich fyzikálně-mechanických vlastností. Potřebujeme znát jejich zrnitost, kvalitu kamenné kostry, homogenitu materiálu, množství a kvalitu pojiva – pokud se ve směsi nachází. Stavební materiály, které ovlivňují kvalitu konečného produktu, jsou pojiva, kamenivo a prostředí, ve kterém se tyto stavební materiály použijí.
Technologie opětovného zpracování materiálů ze starých vozovek
- technologie opětovného zpracování původních asfaltových směsí (zpracování asfaltových směsí za tepla v obalovacích soupravách, na místě za tepla a na místě za studena),
- technologie opětovného zpracování stavebních směsí stmelených hydraulickým pojivem (cementová stabilizace, kamenivo stmelené cementem),
- technologie opětovného zpracování nestmelených kamenných směsí ze spodních podkladových vrstev (štěrková drť, štěrkopísek),
- technologie opětovného zpracování nestmelených kamenných směsí spolu s rozpojenými, původními směsmi stmelenými hydraulickým pojivem.
Na technologie týkající se stmelených nebo nestmelených podkladových vrstev vozovky (druhá, třetí a čtvrtá technologie) se použije frézovací zařízení a zpracovávají se na místě nebo v míchacím centru, v obou případech za studena.
Recyklace za tepla na místě pozitivně ovlivňuje životní prostředí, protože všechny původní materiály se mohou využívat na 100 %, šetří surovinové zdroje a není třeba řešit problém se skladováním vyfrézovaného materiálu (zamezí se záboru půdy). Okolí stavby není prašné, protože asfaltová směs je rozpojená a zpracovává se vcelku, bez drcení. V porovnání s klasickým frézováním za studena a následujícím čistěním povrchu nevzniká v tomto případě prach. Při opravách nevzniká odpad a jsou prokazatelné další technické, technologické a ekonomické přednosti.
Při recyklaci za studena na místě lze také v porovnání s klasickou výměnou a stavbou nových podkladních vrstev využít materiál původní konstrukce vozovky. Pro vybourané původní materiály nejsou potřebné skladovací prostory a šetří se spotřeba nových stavebních materiálů, a tedy i přírodní zdroje. Způsob dávkování pojiva zaručuje jeho rovnoměrné rozložení ve směsi a původní vozovka může být recyklovaná do požadované hloubky bez porušení nižších vrstev. Předností je i nižší cena a zkrácený čas výstavby. Okolí komunikace není zatížené v souvislosti s odvozem a dovozem stavebních materiálů hlukem, vibracemi, exhaláty a prachem či blátem.
Recyklace souvisí i s technickými, ekonomickými a ekologickými otázkami. Navzdory jejím nesporným výhodám většina překážek při využívání recyklování není technického charakteru. Překážkou je nezájem, respektive opatrnost investorů. S tím souvisejí nedostatečná informovanost a výchova zákazníků a nedostatek domácích referencí z pozorování úseků vozovek rehabilitovaných touto technologií. Správcové silničních komunikací nemají dostatek financí na opravy vozovek, a tak odstraňují jen důsledky, nikoli příčiny poruch. Další překážkou je nedostatek předpisů a vhodných zkušebních metod pro alternativní materiály a s tím spojená obava o kvalitu. S ekonomikou souvisejí i chybějící položky s finančním ohodnocením jednotlivých prací a postupů v rozpočtových programech.
Výhled do budoucnosti a přínos k trvale udržitelnému rozvoji je aktuální otázkou používání environmentálních technologií v silničním stavitelství. Díky rozšíření technologie recyklace a použití průmyslových odpadů v silničním stavitelství bude životní prostředí o něco zdravější. Významnou úlohu při řešení současné situace by mohlo sehrát i nově ustanovené Evropské sdružení kvality pro recyklaci (European Quality Association for Recycling, e. V.) a jeho aktivity na evropské úrovni.
Mezi technologie vhodné na prodloužení životnosti vozovek a řešení oprav nehodových úseků patří emulzní mikrokoberce a emulzní nátěry. Tyto technologie za studena slouží nejen k minimalizaci negativních vlivů klimatických podmínek, zlepšují plynulost silničního provozu a zvyšují jeho bezpečnost, ulehčují opravy a údržby pozemních komunikací, ale zajišťují také provozní způsobilost vozovek. Statistické údaje svědčí o nedostatečném využívání technologií za studena i přes jeho nesporné výhody.
Emulzní mikrokoberec je moderní technologie určená zejména na údržbu vozovek s cílem zvýšit jejich provozní způsobilost a životnost. Méně se využívá kombinace emulzních mikrokoberců s asfaltobetonovými vrstvami na úpravu a zesílení podkladu. Směs se skládá z modifikované kationaktivní asfaltové emulze, kameniva s vhodným mineralogickým složením, cementu, stabilizátoru, případně jiných přísad.
K moderním, progresivním a vysoko produktivním technologiím na opravy a souvislou údržbu cest patří i technologie výroby za studena, díky kterým se účinně uzavře povrch cest před vnikáním vody do konstrukce vozovky, vysoká drsnost s jejím relativně malým úbytkem, poměrně rychlé odvedení vody z povrchu vozovky, čímž se omezuje tvorba námrazy na povrchu vozovek, rychlá realizace obnovy povrchových vlastností, krátké omezení veřejné dopravy při jejich realizaci a minimalizace přípravných prací, zvlášť v intravilánu měst a obcí. Použitím modifikovaných asfaltových emulzí se zvyšuje teplotní odolnost úpravy a omezuje se degradace zbytkového modifikovaného asfaltu.
Nová generace pojiv pro dopravní stavby
V současnosti je jasné, že světové zásoby ropy jako základní suroviny na výrobu asfaltů nejsou neomezené a řešení je třeba hledat ve výrobě alternativních pojiv. Takový záměr mělo a má více výzkumných a vývojových center v Evropě. Jedním z výsledků francouzského výzkumu je výroba pojiva na bázi materiálů rostlinného původu nazvaného Végécol. Je to pojivo, které neobsahuje petrochemické deriváty. Může se použít na výrobu směsí, které nahrazují asfaltové směsi na stavbu vrstev silničních komunikací, chodníků a různých dopravních ploch. Tyto směsi mají dobrou zpracovatelnost i dobré fyzikálně-mechanické vlastnosti – kromě jiného jsou odolné proti vyježdění kolejí. Nejsou černé, ale mírně zabarvené do žluta a mohou se upravovat různými pigmenty.
Végécol se použije při výrobě různých typů směsí určených pro obrusné vrstvy, převážně pro směsi vyráběné za horka. Většinou se do těchto směsí nepřidávají barevné pigmenty, což umožňuje využívat přírodní odstíny použitého kameniva v souladu s architektonickými požadavky. Směsi mají velmi dobré mechanické vlastnosti. Díky nízké počáteční viskozitě umožňuje toto pojivo výrobu směsi při teplotách 110 až 130 °C, čímž se uspoří energie a sníží se emise skleníkových plynů. Směsi se vyrábějí na běžných obalovacích soupravách podobně jako běžné asfaltové směsi. Teplota při obalování je však asi o 40 °C nižší než u běžných silničních asfaltů. Vlastnosti pojiva Végécol se liší od tradičních asfaltů. Po položení a zhutnění směsi dochází k polymerizaci pojiva. Hodnoty modulů tuhosti a odolnosti proti únavě jsou v porovnání s podobnými směsi s modifikovaným asfaltem vyšší a v průběhu roku tyto hodnoty narůstají. Végécol se využívá i ve formě emulzí pro různé povrchové úpravy zpevněných ploch a pozemních komunikací.
Podobné vizuální efekty jako s pojivem Végécol lze dosáhnout i při směsích s pojivem Bituclair. Je to průhledné pojivo syntetického původu s mírně tmavým zabarvením. Na rozdíl od Végécolu se Bituclair míchá a zpracovává při podobných teplotách jako běžné silniční asfalty.
Energeticky úsporné a environmentální asfaltové směsi
Výstavba a údržba silničních komunikací ovlivňuje okolí a životní prostředí, v němž jsou tyto komunikace situované. V případě asfaltových směsí se tento fakt váže na vysokou teplotu potřebnou při jejich výrobě, což je 160 až 180 °C. Teplota je důležitá pro snížení viskozity asfaltu a eliminaci vody z povrchu kameniva.
V posledním období sledujeme i nárůst průměrných teplot vzduchu, přičemž se asfaltové směsi stávají plastické. Aby mohly odolávat namáhání, které vyplývá ze zvýšeného klimatického zatížení i nárůstu dopravy, je třeba je modifikovat. Důsledkem je přechod při výrobě směsí na tvrdé asfalty nebo na asfalty modifikované polymery, jejichž viskozita si však vyžaduje vyšší manipulační teplotu. Výzkumné práce v různých evropských institucích jsou zaměřeny na snížení teploty při výrobě standardních asfaltových směsí. Výsledkem je vícero technologií, při kterých lze snížit teplotu při výrobě přibližně o 40 °C, přičemž se zachovává zpracovatelnost směsi, která zaručuje účinnost zhutňování i vzhled povrchu.
Environmentálními technologiemi se snižuje teplota při výrobě a položení směsi až o 40 °C. Tyto technologie ovlivňují reologie pojiva, nevyžadují nové výrobní prostředky, přičemž výsledný produkt je ekvivalentní běžným asfaltovým směsím. Podrobným zkoumáním různých zrealizovaných staveb se prokázal energetický přínos ověřovaných technologií. Míra zhutnění, rovinatost a přilnavost těchto nízkoteplotních směsí na komunikacích s vysokým dopravním zatížením potvrzují vhodnost těchto postupů. Technologie energeticky úsporných asfaltových směsí se mohou aplikovat i s recyklovaným kamenivem a mohou se použít jednak pro běžné asfaltové vrstvy, jednak pro velmi tenké úpravy s modifikovaným pojivem nebo směsi s vysokým modulem. Z hlediska ochrany životního prostředí realizace těchto asfaltových směsí vede k poklesu plynných emisí, snižování emisí skleníkových plynů řádově až o 18 až 20 %, a to v důsledku prověřeného a potvrzeného snížení spotřeby energie.
S činnostmi spojenými se stavbou, údržbou a obnovou silničních komunikací souvisejí negativní vlivy na území, obyvatelstvo a uživatele komunikací. Mezi řešení, která mohou tyto negativní vlivy zmírnit, můžeme začlenit:
- omezení znečistění prostředí – retenční vodní nádrže, použití lapačů prachu, měřicí zařízení na kontrolu emisí, monitorování rizik znečistění, kontrolování a manipulace s nebezpečnými materiály, recyklace,
- zvýšení bezpečnosti dopravy – informační kampaně pro veřejnost, policejní dohled, radary, přemostění a přechody pro chodce, vhodné osvětlení prací v noci a dopravní značení,
- snížení hluku – směrnice stanovující maximální hladiny hluku, zkrácení času výstavby pomocí vhodných technologií, příplatky nebo pokuty spojené s urychlením nebo průtahy při výstavbě,
- snížení vibrací – výběr vhodných prostředků na dopravu materiálu, přizpůsobení stavebních technologií, kontrola rychlosti vozidel, finanční kompenzace na instalaci dodatečných zařízení zvukových izolací,
- udržení mobility – podpora veřejné přepravy, alternativní prostředky převozu stavebních materiálů, menší omezování uživatelů.
Vozovky projektované na velké zatížení a dlouhou životnost
V posledních letech můžeme na našich silnicích sledovat zvýšenou intenzitu provozu a s tím související zvýšené dopravní zatížení. Silniční komunikace však v minulosti nebyly navrhovány na tak těžkou kamionovou dopravu, jaká je dnes. Otázka, jaká nová řešení výstavby pozemních komunikací hledat, je tedy aktuální. Možným řešením je právě výstavba cementobetonových vozovek.
V poslední době se velmi diskutovalo o použití těchto vozovek na dálnicích a rychlostních silnicích. Velmi častý je i argument, že výstavba cementobetonových vozovek je dražší než výstavba vozovek s asfaltobetonovým krytem. Před rozhodnutím je však nutné porovnat výhody i nevýhody jednotlivých technických řešení od výstavby až po údržbu. Kritéria na rozhodování dnes zahrnují náklady na celý životní cyklus.
Cementobetonové vozovky se využívají hlavně z důvodu vysoké odolnosti proti nadměrnému zatížení a jsou nevyhnutelné na frekventovaných a nejvíce vytížených úsecích silničních komunikací. Úspěšně se používají na letištní a odstavné plochy, parkoviště a plochy městských aglomerací včetně křižovatek a zastávek městské hromadné dopravy. Mezi tři základní výhody cementobetonových krytů oproti jiným technickým řešením patří:
- ekonomická efektivita – životnost 40 let, celkové náklady během 20 let využívání jsou až o 60 % nižší než na asfaltové vozovky, výroba materiálu se pokryje z domácích surovin,
- ochrana životního prostředí – z betonu se nevyluhují látky nebezpečné pro životní prostředí, naopak při kontaktu asfaltu s vodním prostředím a působením vysokých teplot se mohou uvolnit toxické látky; beton, který se vyrábí z cementu, je recyklovatelný, vyrábí se z domácích surovin a při zimní údržbě vozovek je potřebné menší množství posypových materiálů a solí,
- výhody pro uživatele – zabezpečení plynulého provozu na komunikacích, bezpečnost, lepší viditelnost, například v tunelech se snižují i náklady na osvětlení. V městských oblastech dokážou betonové vozovky spolu se stromy snížit letní teploty až o 10 °C. V neposlední řadě je to variabilita těchto vozovek a nehořlavost betonu.
S otázkou environmentálních technologií souvisí i recyklování cementobetonových vozovek. Materiál z cementobetonové vozovky určený na opětovné použití na jiném místě, než je místo výskytu, lze získat bouráním beranidly, závěsnými závažími, strojem nebo studenou frézou. Získaný materiál se dále upravuje drcením, které může být jednostupňové nebo dvojstupňové. Recyklovaný materiál upravený drcením se může použít na ochranné a podkladní vrstvy vozovek.
Závěr
Můžeme konstatovat, že dnešní situace v oblasti stavby a údržby vozovek není jednoduchá a ovlivňuje ji řada faktorů. Mezi hlavní patří zvyšující se dopravní zatížení, problémy s ropou a možnostmi dalšího používání asfaltů, změny klimatických podmínek a v neposlední řadě převzetí evropských norem a s tím související problémy kvality. Na základě toho je nutné zabývat se otázkami zvyšování životnosti, zejména vrstev krytu vozovky, celkových nákladů a energetické náročnosti, zlepšování povrchových vlastností, hlavně drsnosti a redukce hlučnosti.
Cílem tohoto příspěvku není vyvolat polemiku o méně nebo více výhodných technologiích, ale potvrdit aktuálnost používání environmentálních technologií. Trvale udržitelný rozvoj a ochrana životního prostředí jsou stále aktuální problémy, které souvisejí s používáním environmentálních technologií v silničním stavitelství. Jejich řešení je velmi naléhavé.
Tento příspěvek byl vypracován v rámci vědeckého projektu VEGA 1/0580/09 Prostorově a energeticky úsporné dopravní stavby.
Ing. Peter Gábor, Ph.D., Fakulta stavební STU v Bratislavě
Recenzoval: prof. Ing. Ivan Gschwendt, DrSc., Fakulta stavební STU v Bratislavě
Literatura
[1] Asfaltové směsi v Evropě 2008. Praha: 2008 (sborník z konference).
[2] Asfaltové vozovky 2007. České Budějovice: 2007 (sborník z konference).
Článek byl uveřejněn v knižní publikaci Stavební ročenka.
