Wykorzystanie granulatu asfaltowego − cykl życia mieszanki mineralno-asfaltowej

Drugim aspektem ograniczającym zawartość granulatu dozowanego,,na zimno” jest jego kontakt z kruszywem nagrzanym do temperatury wyższej od temperatury zapłonu lepiszcza asfaltowego, co destrukcyjnie wpływa na właściwości asfaltu zawartego w granulacie. Nawet przy możliwie najkorzystniejszym założeniu zerowej wilgotności granulatu i udziale powyżej 20%, temperatura nagrzanego kruszywa zazwyczaj powinna przekraczać temperaturę 240°C, aby osiągnąć oczekiwaną temperaturę produkowanej mieszanki mineralno-asfaltowej.

W metodzie „na gorąco” dopuszcza się obecnie w warunkach polskich udział granulatu asfaltowego znacznie wyższy od udziału granulatu w metodzie „na zimno”. Według WT-2 [1] udział granulatu w tej metodzie nie powinien przekraczać 30%, jednak opublikowane na stronie GDDKiA wyniki programu badawczego w ramach RID pt. „Wytyczne cząstkowe w zakresie wymagań i projektowania mieszanek mineralno-asfaltowych z granulatem asfaltowym produkowanych na gorąco” [11] dopuszczają stosowanie granulatu asfaltowego, pod warunkiem spełnienia określonych wymagań, w ilości do 50%. 

Różnica w dopuszczonej ilości materiału z recyklingu w obu metodach wynika z opisanej problematyki dotyczącej dopuszczalnych temperatur produkcji oraz wpływu temperatur na właściwości poszczególnych frakcji asfaltu. W metodzie „na gorąco” granulat asfaltowy, który trafia do mieszalnika, ma zazwyczaj temperaturę przekraczającą 100°C (w zależności od metody podgrzewania) i jest pozbawiony wilgoci, co razem ogranicza negatywny wpływ temperatur na właściwości lepiszcza asfaltowego. Wysokość temperatury wpływa także na uzyskanie odpowiedniej jednorodności lepiszcza wynikowego podczas produkcji mieszanki zawierającej granulat z postarzonym asfaltem. Lepiszcze obecne w granulacie asfaltowym zawiera więcej frakcji grupujących się asfaltenów.

Dozowany granulat w temperaturze pokojowej zawiera więc asfalt o strukturze utrudniającej mieszanie się z pozostałymi składnikami produkowanej mieszanki, między innymi świeżym lepiszczem. Udowodniono, że stosowanie wysokich temperatur, jednak nieprzekraczających 200°C, umożliwia rozproszenie się grup asfaltenów [12], co wpływa na skuteczne ujednolicenie lepiszcza wynikowego mieszanki zawierającej granulat. Uzyskanie pożądanych właściwości w metodzie ,,na zimno” jest niemożliwe przy wyższej zawartości granulatu, należy jednak pamiętać, że wysokie temperatury ułatwiają proces utleniania i zwiększania masy cząsteczkowej związków, co przy długim wpływie wysokiej temperatury może skutkować odwrotnym rezultatem.

Asfalt, który został poddany procesom starzenia podczas produkcji i eksploatacji nawierzchni, posiada znacząco zmienione parametry w stosunku do pierwotnych. Jego penetracja spadła, temperatura mięknienia wzrosła, co ostatecznie doprowadziło lepiszcze asfaltowe do znacznie sztywniejszej, ale i bardziej kruchej formy, mniej podatnej na wysokie temperatury, ale bardziej podatnej na pękania zmęczeniowe i niskotemperaturowe. W związku z powyższym wydaje się być zasadne stosowanie lepiszcza bardziej miękkiego w celu otrzymania wynikowego asfaltu o pożądanych parametrach. Założenie to jednak nie do końca sprawdza się w praktyce. Proces mieszania się lepiszcza świeżego z zestarzonym nie przebiega równomiernie, co doprowadza do gromadzenia się osobno miejsc z lepiszczem o wysokiej i niskiej twardości nawet przy stosowaniu metody „na gorąco”. Ponadto właściwości reologiczne asfaltów poddanych i niepoddanych procesom starzenia są inne, co w konsekwencji powoduje, że lepiszcze wynikowe mieszanki mineralno-asfaltowej z wysoką zawartością destruktu nie spełnia oczekiwanych parametrów. 

Rejuvenatory

Alternatywą do stosowania miękkich asfaltów jest wykorzystanie dodatków, które są znane jako rejuvenatory (ang. rejuvenate – ożywić, odnowić). Rejuvenatory są to dodatki, które mają za zadanie uzupełnić te związki chemiczne w lepiszczu asfaltowym, które uległy zmianom w procesie starzenia. Dodatki te mogą być dozowane do świeżego lepiszcza asfaltowego, na granulat asfaltowy przed jego wprowadzeniem do bębna suszarki lub na granulat asfaltowy po opuszczeniu bębna suszarki dla granulatu. Powszechnie przyjęto, że rejuvenatory są dodawane do granulatu w metodzie jego dozowania „na gorąco”. Pomimo stosunkowo niewielkich ilości wykorzystywanych rejuvenatorów w procesie produkcyjnym (zazwyczaj znacznie poniżej 1% w stosunku do masy użytego granulatu asfaltowego), ich wpływ na właściwości finalnej mieszanki mineralno-asfaltowego może być znaczący. 

Zastosowanie rejuvenatorów, poza uzupełnieniem lżejszych frakcji asfaltu, dzięki którym lepiszcze odzyskuje część elastycznych właściwości, przywraca stabilność układu koloidalnego. Uzupełnienie związków utraconych w procesach starzeniowych powoduje rozproszenie skupionych grup asfaltenów, co przekłada się też na ujednolicenie właściwości lepiszcza pochodzącego z granulatu oraz świeżego asfaltu dodawanego do mieszanki mineralno-asfaltowej. Dodanie rejuvenatorów wpływa na zmianę zakresu temperatur lepkosprężystej pracy lepiszcza, obniżając jego temperaturę mięknienia, ale także powodując wzrost odporności na spękania niskotemperaturowe. 

Środkami stosowanymi do rejuvenacji są mieszaniny olejów i żywic. Zalicza się do nich zarówno produkty pochodzenia zwierzęcego, jak i roślinnego, istnieją także podziały na biorejuvenatory oraz pochodne ropy naftowej. Z punktu widzenia związków chemicznych, dostępne na rynku rejuvenatory można także podzielić na oleje parafinowe, naftenowe, ekstrakty aromatyczne, kwasy tłuszczowe oraz oleje talowe [13]. W warunkach laboratoryjnych wykazano możliwość wykorzystania nawet 100% granulatu asfaltowego do produkcji nowej mieszanki mineralno-asfaltowej spełniającej wymogi WT. Mimo obniżenia sztywności oraz odporności na koleinowanie mieszanek, wykorzystanie rejuvenatorów różnego pochodzenia wpłynęło na obniżenie zawartości wolnych przestrzeni mieszanek oraz wzrost trwałości zmęczeniowej [14]. W celu określenia przydatności rejuvenatorów oferowanych na polskim rynku przy wykorzystaniu większych ilości granulatu (nawet do 100%) do produkcji nowych mieszanek konieczne jest sprawdzenie właściwości określonych w WT w warunkach laboratoryjnych dla różnej ilości rejuvenatorów. 

Podsumowanie

Wykorzystanie granulatu asfaltowego do produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych stwarza obieg zamknięty materiału, jakim jest mieszanka mineralno-asfaltowa. Po okresie eksploatacji nawierzchni ponownie się go wykorzystuje, optymalnie przy udziale rejuvenatorów przywracających pierwotne właściwości asfaltu. Gospodarka obiegu zamkniętego jest jednym z podstawowych założeń polityki środowiskowej, a ponowne wykorzystanie materiałów powoduje także obniżenie zużycia energii oraz surowców naturalnych, finalnie sprawiając, że technologia ponownego wykorzystywania mieszanek mineralno-asfaltowych może mieć istotne znaczenie w kontekście ochrony środowiska i ograniczenia konsumpcji materiałów ponaftowych w budownictwie drogowym.

Galeria