Asfaltový beton - Asphalt concrete

Stroj pokládající asfaltový beton, napájený ze sklápěče

Asfaltový beton ( v Severní Americe se běžně nazývá asfalt , černý povrch nebo dlažba a ve Spojeném království a Irské republice asfalt , bitumenový makadam nebo válcovaný asfalt ) je kompozitní materiál běžně používaný k povrchování silnic , parkovišť , letišť a jádro hrází hrází . Asfaltové směsi se při stavbě vozovek používají od počátku dvacátého století. Skládá se z minerálním vázané spolu s asfaltem , položen ve vrstvách, a zhutní. Proces vylepšil a vylepšil belgicko-americký vynálezce Edward De Smedt .

Pojmy asfaltový (nebo asfaltový ) beton , asfaltový asfaltový beton a asfaltová směs se obvykle používají pouze v technických a stavebních dokumentech, které definují beton jako jakýkoli kompozitní materiál složený z minerálního kameniva přilepeného pojivem. Zkratka, AC , se někdy používá pro asfaltový beton, ale může také označovat obsah asfaltu nebo asfaltový cement , odkazující na tekutou asfaltovou část kompozitního materiálu.

Směsné formulace

Jak je ukázáno v tomto průřezu, mnoho starších vozovek je vyhlazeno nanesením tenké vrstvy asfaltového betonu na stávající portlandský cementový beton , čímž se vytvoří kompozitní dlažba .

Míchání asfaltu a kameniva se provádí jedním z několika způsobů:

Hot-mix asfaltový beton (běžně zkráceně HMA)
To se vyrábí zahříváním asfaltového pojiva, aby se snížila jeho viskozita, a sušením agregátu, aby se z něj odstranila vlhkost před mícháním. Míchání se obecně provádí s kamenivem při přibližně 300 ° F (zhruba 150 ° C) pro panenský asfalt a 330 ° F (166 ° C) pro polymerem modifikovaný asfalt a asfaltovým cementem při 200 ° F (95 ° C). Dlažbu a hutnění je nutné provádět, dokud je asfalt dostatečně horký. V mnoha zemích je dlažba omezena na letní měsíce, protože v zimě zhutněná základna asfalt příliš ochladí, než bude moci být zabalen do požadované hustoty. HMA je forma asfaltového betonu, která se nejčastěji používá na silničních chodnících , jako jsou hlavní dálnice , závodní dráhy a přistávací plochy . Používá se také jako ekologická vložka na skládky, nádrže a rybníky pro líheň ryb.
Stroj na pokládku asfaltového betonu v provozu v Laredo, Texas
Teplý mix asfaltového betonu (běžně zkráceně WMA)
To se vyrábí přidáním buď zeolitů , vosků , asfaltových emulzí nebo někdy dokonce vody do asfaltového pojiva před mícháním. To umožňuje podstatně nižší teploty míchání a snášení a má za následek nižší spotřebu fosilních paliv , čímž se uvolňuje méně oxidu uhličitého , aerosolů a par. Nejenže se zlepšují pracovní podmínky, ale nižší teplota pokládky také vede k rychlejší dostupnosti povrchu pro použití, což je důležité pro staveniště s kritickými časovými plány. Použití těchto přísad v horkém smíšeném asfaltu (výše) může zajistit snazší zhutnění a umožnit dlažbu za chladného počasí nebo delší tahy. Použití teplé směsi se rychle rozšiřuje. Průzkum amerických výrobců asfaltu zjistil, že téměř 25% asfaltu vyrobeného v roce 2012 byla teplá směs, což je nárůst o 416% od roku 2009. Čistší vozovky lze potenciálně vyvinout kombinací WMA a recyklace materiálu. Technologie WMA (Warm Mix Asphalt) má environmentální, výrobní a ekonomické výhody.
Asfaltový beton míchaný za studena
To se vyrábí emulgací asfaltu ve vodě s emulgačním činidlem před smícháním s kamenivem. V emulgovaném stavu je asfalt méně viskózní a směs je snadno zpracovatelná a kompaktní. Po odpaření dostatečného množství vody se emulze rozbije a studená směs v ideálním případě převezme vlastnosti dlažby HMA. Studená směs se běžně používá jako záplatovací materiál a na méně frekventovaných obslužných komunikacích.
Řezaný asfaltový beton
Je forma asfaltu za studena, který se vyrábí rozpuštěním pojiva v petroleji nebo jiné lehčí frakci ropy před smícháním s kamenivem. V rozpuštěném stavu je asfalt méně viskózní a směs je snadno zpracovatelná a kompaktní. Poté, co je směs položena, se lehčí frakce odpaří. Kvůli obavám ze znečištění těkavými organickými sloučeninami v lehčí frakci byl řezaný asfalt z velké části nahrazen asfaltovou emulzí.
Litý asfaltový beton nebo plechový asfalt
To se vyrábí zahříváním tvrdého foukaného bitumenu (tj. Částečně oxidovaného) v zeleném vařiči (mixéru), dokud se nestane viskózní kapalinou, načež se poté přidá směs kameniva.
Směs bitumenových kameniv se vaří (dozrává) přibližně 6–8 hodin a jakmile je připravena, je tmelový asfaltový míchač transportován na pracoviště, kde zkušené vrstvy vyprázdňují míchací zařízení a strojní nebo ruční pokládání obsahu asfaltového tmelu na silnice. Litý asfalt beton je obecně stanovena v tloušťce asi 3 / 4 - 1+3 / 16  palců (20-30 mm) pro chodníky a silnice a asi 3 / 8 palců (10 mm) pro podlahy nebo střechy.
Asfaltový beton s vysokým modulem, někdy označovaný francouzskou zkratkou EMÉ (enrobé à module élevé)
K výrobě asfaltobetonu se používá velmi tvrdý asfaltový přípravek (penetrace 10/20), někdy upravený, v poměrech blízkých 6% hmotnosti kameniva, a také vysoký podíl minerálního prášku (mezi 8–10%) vrstva s vysokým modulem pružnosti (řádově 13 000  MPa). To umožňuje snížit tloušťku základní vrstvy až o 25% (v závislosti na teplotě) ve srovnání s běžným bitumenem, přičemž nabízí velmi vysoké únavové pevnosti. Asfaltové vrstvy s vysokým modulem se používají jak ve výztužných operacích, tak při stavbě nových výztuh pro střední a těžký provoz. V základních vrstvách vykazují obvykle větší schopnost absorbovat napětí a obecně lepší odolnost proti únavě.

Kromě asfaltu a kameniva mohou být ke zlepšení vlastností konečného produktu přidána aditiva, jako jsou polymery , a činidla zabraňující stékání.

Oblasti dlážděné asfaltovým betonem - zejména letištní zástěry - byly někdy nazývány „asfaltem“, přestože nebyly konstruovány pomocí tarmacadamového procesu.

Pro splnění specifických potřeb byla vyvinuta řada speciálních asfaltobetonových směsí, jako je například asfalt z kamenné matrice , který je navržen tak, aby zajišťoval velmi pevný povrch, nebo porézní asfaltové vozovky, které jsou propustné a umožňují odvod vody přes vozovku ovládání dešťové vody.

Výkonnostní charakteristiky

Letištní pojezdová dráha , jedno z použití asfaltového betonu

Různé druhy asfaltového betonu mají různé výkonnostní charakteristiky z hlediska trvanlivosti povrchu, opotřebení pneumatik, účinnosti brzdění a hluku na vozovce . Při určování vhodných výkonnostních charakteristik asfaltu je v zásadě třeba brát v úvahu objem provozu v každé kategorii vozidla a výkonnostní požadavky třecí dráhy.

Asfaltový beton generuje méně hluku na vozovce než povrch z portlandského cementového betonu a je obvykle méně hlučný než povrchy utěsněné třískou . Protože je hluk pneumatik generován přeměnou kinetické energie na zvukové vlny , vzniká při zvyšování rychlosti vozidla více hluku. Představa, že by projekt dálnice mohl zohlednit úvahy o akustickém inženýrství, včetně výběru typu povrchové dlažby, vznikla na počátku 70. let minulého století.

Pokud jde o strukturální vlastnosti, chování asfaltu závisí na řadě faktorů, včetně materiálu, zatížení a podmínek prostředí. Kromě toho se výkon dlažby v průběhu času mění. Proto se dlouhodobé chování asfaltové dlažby liší od jejího krátkodobého výkonu. LTPP je výzkumný program podle FHWA , který je specificky zaměřený na dlouhodobém chování vozovky.

Degradace a restaurování

Asfalt poškozený mrazem

Zhoršení asfaltu může zahrnovat praskání krokodýlů , výmoly , převraty, raveling, krvácení , rozjezdy , strkání, strhávání, odstraňování a stupně deprese. V chladném podnebí mohou mrazy zvedat asfalt i během jedné zimy. Vyplnění trhlin bitumenem je dočasná oprava, ale pouze správné zhutnění a odvodnění může tento proces zpomalit.

Faktory, které způsobují, že se asfaltový beton časem zhoršuje, většinou spadají do jedné ze tří kategorií: kvalita stavby, ohled na životní prostředí a dopravní zátěž. Poškození často vzniká kombinací faktorů ve všech třech kategoriích.

Kvalita stavby je pro výkonnost vozovky rozhodující. To zahrnuje výstavbu příkopů a příslušenství, které jsou po stavbě umístěny v chodníku. Nedostatek hutnění na povrchu asfaltu, zejména na podélném spoji, může snížit životnost vozovky o 30 až 40%. O servisních příkopech na chodnících po výstavbě se říká, že snižují životnost chodníku o 50%, a to hlavně kvůli nedostatečnému zhutnění v příkopu a také kvůli pronikání vody nesprávně utěsněnými spárami.

Faktory životního prostředí zahrnují teplo a chlad, přítomnost vody v podloží nebo v podloží pod vozovkou a mrazy.

Vysoké teploty změkčují asfaltové pojivo a umožňují velkému zatížení pneumatik deformovat vozovku na vyjeté koleje. Vysoká teplota a silné sluneční světlo paradoxně také způsobují, že asfalt oxiduje, stává se tužším a méně pružným, což vede k tvorbě trhlin. Nízké teploty mohou způsobit praskliny, protože asfalt se smršťuje. Studený asfalt je také méně odolný a náchylnější k praskání.

Voda zachycená pod vozovkou změkčuje podklad a podloží, čímž je silnice zranitelnější vůči dopravnímu zatížení. Voda pod vozovkou zamrzá a v chladném počasí expanduje, což způsobuje a zvětšuje praskliny. Při jarním tání se zem rozmrazuje shora dolů, takže je voda zachycena mezi dlažbou nahoře a ještě zmrzlou půdou pod ní. Tato vrstva nasycené půdy poskytuje malou podporu silnici výše, což vede k tvorbě výmolů. To je větší problém pro naplavených nebo jílovitých půdách než písčité či štěrkovité půdy. Některé jurisdikce procházejí zákony o mrazu, aby snížily přípustnou hmotnost nákladních vozidel v období jarního tání a chránily jejich silnice.

Škoda, kterou vozidlo způsobí, je zhruba úměrná zatížení nápravy zvednuté na čtvrtý výkon, takže zdvojnásobení hmotnosti, kterou náprava unese, ve skutečnosti způsobí 16krát větší poškození. Kola způsobují, že se silnice mírně ohýbá, což má za následek únavové praskání, které často vede k praskání krokodýlů. Svou roli hraje také rychlost vozidla. Pomalu jedoucí vozidla stresují silnici po delší dobu, zvyšují se vyjeté koleje, praskliny a zvlnění na asfaltové vozovce.

Mezi další příčiny poškození patří tepelné poškození způsobené požáry vozidel nebo působení rozpouštědel v důsledku rozlití chemikálií.

Prevence a oprava degradace

Strojní těsnění asfaltové dlažby

Životnost silnice lze prodloužit správným postupem při konstrukci, konstrukci a údržbě. Během návrhu inženýři měří provoz na silnici a věnují zvláštní pozornost počtu a typům nákladních vozidel. Vyhodnocují také podloží, aby zjistili, jak velkou zátěž snese. Tloušťka vozovky a podkladu je navržena tak, aby odolala zatížení kol. Někdy se geomříže používají k posílení základny a dalšímu zpevnění silnic. K odstranění vody ze silničního podloží se používá drenáž, včetně příkopů , dešťových svodů a podvalů, která brání oslabení podloží a podloží.

Utěsnění asfaltu je opatření údržby, které pomáhá udržet vodu a ropné produkty mimo chodník.

Údržba a čištění příkopů a přívalových vpustí prodlouží životnost silnice za nízkou cenu. Utěsnění malých trhlin bitumenovým tmelem proti trhlinám zabrání vodě, aby trhliny zvětšovala mrazovým zvětráváním nebo prosakovala až na podklad a změkčovala.

U poněkud více namáhaných silnic lze použít třískové těsnění nebo podobnou povrchovou úpravu. S rostoucím počtem, šířkou a délkou trhlin jsou zapotřebí intenzivnější opravy. V pořadí obecně rostoucích nákladů se jedná o tenké asfaltové překryvy, vícekurzové překrytí, vybroušení vrchního kurzu a překrytí, recyklaci na místě nebo kompletní rekonstrukci vozovky.

Udržovat vozovku v dobrém stavu je mnohem levnější než opravovat ji, jakmile se zhorší. Proto některé agentury upřednostňují preventivní údržbu silnic v dobrém stavu, než rekonstruovat silnice ve špatném stavu. Chudé silnice jsou upgradovány, jak to umožňují zdroje a rozpočet. Z hlediska celoživotních nákladů a dlouhodobých podmínek vozovky to povede k lepšímu výkonu systému. Agentury, které se soustředí na obnovu svých špatných silnic, často zjistí, že v době, kdy je všechny opravily, se silnice, které byly v dobrém stavu, zhoršily.

Některé agentury používají systém správy vozovek k upřednostnění údržby a oprav.

Recyklace

Sloučen obsah z recyklovaného asfaltu (RAP) sem. Viz Talk: Asfaltový beton#Návrh fúze .

Kusy recyklované asfaltové dlažby (RAP) se ukládají k recyklaci.

Asfaltový beton je recyklovatelný materiál, který lze regenerovat a znovu použít jak na místě, tak v asfaltových závodech . Nejběžnější recyklovanou součástí v asfaltovém betonu je regenerovaná asfaltová dlažba (RAP). RAP se recykluje rychleji než jakýkoli jiný materiál ve Spojených státech. Směsi asfaltového betonu mohou také obsahovat regenerovaný asfaltový šindel (RAS). Výzkum prokázal, že RAP a RAS mohou nahradit potřebu až 100% panenského kameniva a asfaltového pojiva ve směsi, ale toto procento je obvykle nižší kvůli regulačním požadavkům a výkonnostním problémům. V roce 2019 obsahovaly nové směsi asfaltových vozovek vyrobené ve Spojených státech v průměru 21,1% RAP a 0,2% RAS.

Metody recyklace

Recyklované asfaltové komponenty mohou být regenerovány a přepraveny do asfaltového závodu ke zpracování a použití v nových chodnících, nebo může být celý proces recyklace prováděn na místě. Zatímco recyklace na místě se typicky vyskytuje na vozovkách a je specifická pro RAP, recyklace v asfaltových závodech může využívat RAP, RAS nebo obojí. V roce 2019 bylo asfaltovými závody ve Spojených státech přijato odhadem 97,0 milionů tun RAP a 1,1 milionu tun RAS.

RAP je obvykle přijímán rostlinami po mletí na místě, ale chodníky mohou být také vytrhány ve větších částech a rozdrceny v rostlině. Mlýny RAP se obvykle skládají v závodech před začleněním do nových asfaltových směsí. Před mísením lze hromadné mlýny vysušit a všechny, které se při skladování aglomerovaly, musí být rozdrceny.

RAS mohou být přijímány asfaltovými závody jako odpad po výrobě přímo z továren na výrobu šindelů, nebo mohou být přijaty jako odpad po skončení své životnosti. Zpracování RAS zahrnuje mletí šindelů a prosévání mletí za účelem odstranění nadměrných částic. Mletiny mohou být také stíněny magnetickým sítem k odstranění hřebíků a jiných kovových nečistot. Mletý RAS se poté suší a pojivo asfaltového cementu lze extrahovat. Další informace o zpracování RAS, výkonu a souvisejících problémech týkajících se zdraví a bezpečnosti najdete v tématu Asfaltový šindel .

Metody recyklace na místě umožňují sanaci vozovek rekultivací stávající dlažby, remixací a obnovou na místě. Mezi recyklační techniky na místě patří rubblizing , recyklace za tepla na místě, recyklace za studena na místě a rekultivace v plné hloubce . Další informace o místních metodách najdete na stránce Road Surface .

Výkon

Během své životnosti asfaltové pojivo, které tvoří asi 5 - 6% typické asfaltobetonové směsi, přirozeně tvrdne a stává se tužším. Tento proces stárnutí se primárně vyskytuje v důsledku oxidace, odpařování, exsudace a fyzického tvrdnutí. Z tohoto důvodu jsou asfaltové směsi obsahující RAP a RAS náchylné k vykazování nižší zpracovatelnosti a zvýšené náchylnosti k únavovým trhlinám. Těmto problémům se lze vyhnout, pokud jsou recyklované složky ve směsi správně rozděleny. Pro zamezení problémům s kvalitou je také důležité procvičovat správné skladování a manipulaci, například udržováním zásobníků RAP mimo vlhká místa nebo přímé sluneční světlo. Proces stárnutí pojiva může také přinést některé prospěšné vlastnosti, například tím, že přispívá k vyšším úrovním odolnosti vůči rozježdění u asfaltů obsahujících RAP a RAS.

Jedním z přístupů k vyvažování výkonnostních aspektů RAP a RAS je kombinace recyklovaných složek s čistým kamenivem a pojivem z přírodního asfaltu. Tento přístup může být účinný, když je recyklovaný obsah ve směsi relativně nízký a má tendenci pracovat efektivněji s měkkými panenskými pojivy. Studie z roku 2020 zjistila, že přidání 5% RAS do směsi s měkkým, nekvalitním panenským pojivem významně zvýšilo odolnost směsi proti rozježdění při zachování adekvátní odolnosti proti únavovému praskání.

Ve směsích s vyšším recyklovaným obsahem je přidání panenského pojiva méně účinné a lze použít omlazovače. Omlazovače jsou aditiva, která obnovují fyzikální a chemické vlastnosti vyzrálého pojiva. Pokud se v asfaltárnách používají konvenční způsoby míchání, horní mez pro obsah RAP, než bude nutné zmlazovače, byla odhadnuta na 50%. Výzkum ukázal, že použití omlazovačů v optimálních dávkách může umožnit směsím se 100% recyklovanými složkami, aby splňovaly požadavky na výkon běžného asfaltového betonu.

Ostatní recyklované materiály v asfaltovém betonu

Kromě RAP a RAS lze řadu odpadních materiálů znovu použít místo panenského kameniva nebo jako omlazovače. Bylo prokázáno, že drobečková guma získaná z recyklovaných pneumatik zlepšuje odolnost proti únavě a pevnost v ohybu asfaltových směsí, které obsahují RAP. V Kalifornii legislativní mandáty vyžadují, aby ministerstvo dopravy začlenilo drobečkovou gumu do asfaltových dlažebních materiálů. Mezi další recyklované materiály, které jsou aktivně obsaženy v asfaltobetonových směsích po celých Spojených státech, patří ocelová struska, vysokopecní struska a celulózová vlákna.

Byl proveden další výzkum s cílem objevit nové formy odpadu, který lze recyklovat do asfaltových směsí. Studie 2020 provedená v australském Melbourne představila řadu strategií pro začlenění odpadních materiálů do asfaltového betonu. Strategie prezentované ve studii zahrnují použití plastů, zejména polyetylenu s vysokou hustotou, v asfaltových pojivech, a použití sklářského, cihelného, ​​keramického a mramorového lomu místo tradičního kameniva.

Omlazovače mohou být také vyrobeny z recyklovaných materiálů, včetně odpadního motorového oleje, odpadního rostlinného oleje a odpadního rostlinného tuku.

Viz také

Reference