Partneri sekcie:
  • SKSI

Environmentálne technológie v cestnom staviteľstve a ich aktuálnosť

Environmentálne technológie v cestnom staviteľstve a ich aktuálnosť

Rozvinutá cestná infraštruktúra je veľmi významným faktorom, ktorý ovplyvňuje a podmieňuje rozvoj hospodárstva. Rozvoj cestného staviteľstva musí však rešpektovať ochranu životného prostredia, musí byť kontrolovaný a jeho rozvoj trvalo udržateľný. Ide o rozvoj, ktorý súčasným a budúcim generáciám zachováva uspokojovanie základných životných potrieb a rešpektuje prirodzené funkcie ekosystémov.

V tejto súvislosti môžeme povedať, že rozvoj cestného staviteľstva bude súvisieť s používaním environmentálnych technológií, ktoré budú zamerané na:

  • opätovné používanie cestných stavebných materiálov,
  • recyklovanie materiálov a používanie vedľajších priemyselných produktov,
  • používanie nových spojív,
  • využívanie energeticky menej náročných technológií pri stavbe a obnove,
  • používanie konštrukcií s dlhšou životnosťou a menšími nárokmi na údržbu a obnovu cestných komunikácií.

 
Technológie recyklovania v cestnom staviteľstve
Recyklovanie a opätovné použitie cestných stavebných materiálov sú dva rozdielne technologické postupy. Opätovné použitie cestných stavebných materiálov chápeme ako proces, pri ktorom sa vybúraný materiál bez ďalšej úpravy opätovne zabuduje do konštrukcie vozovky, pričom sa zachovajú jeho pôvodné vlastnosti. Pri recyklácii ide o úpravu vlastností materiálov zo starých vozoviek, napríklad drvením, triedením, dopĺňaním nestmelených materiálov a pridávaním regenerujúcich látok do zmesí s organickým spojivom, pridávaním rôznych druhov anorganických spojív, ako sú cement, vápno alebo popolček. Jej výsledkom je teda úspora materiálov, energie a pohonných látok, celkových nákladov, ale najmä ochrana životného prostredia.

Všetky materiály alebo stavebné zmesi zabudované v jednotlivých vrstvách vozoviek sú recyklovateľné a na základe laboratórnych prác, rozborov a skúšok ich možno zabudovať do príslušných vrstiev vozoviek pri splnení vyžadovaných pevnostných a deformačných parametrov. Druh používaných spojív na recyklovanie materiálov zo starých vozoviek rozhoduje o používanej technológii, ako aj o možnosti používania technológie výroby na mieste alebo vo výrobnom centre.

Na overenie vlastností cestných stavebných materiálov stmelených spojivom sa využívajú rôzne skúšobné metódy a postupy. Dôležitým poznatkom o odfrézovaných materiáloch je rozbor ich fyzikálno-mechanických vlastností. Potrebujeme poznať ich zrnitosť, kvalitu kamennej kostry, homogenitu materiálu, množstvo a kvalitu spojiva, ak sa v zmesi nachádza. Stavebné materiály, ktoré ovplyvňujú kvalitu konečného produktu, sú spojivá, kamenivo a prostredie, v ktorom sa tieto stavebné materiály použijú.
 
Technológie opätovného spracovania materiálov zo starých vozoviek

  • technológie opätovného spracovania pôvodných asfaltových zmesí (spracovanie asfaltových zmesí za tepla v obaľovacích súpravách, spracovanie asfaltových zmesí na mieste za tepla a spracovanie asfaltových zmesí na mieste za studena),
  • technológie opätovného spracovania stavebných zmesí stmelených hydraulickým spojivom (cementová stabilizácia, kamenivo stmelené cementom),
  • technológie opätovného spracovania nestmelených kamenných zmesí zo spodných podkladových vrstiev (štrkodrvina, štrkopiesok),
  • technológie opätovného spracovania nestmelených kamenných zmesí spolu s rozpojenými, pôvodnými zmesami stmelenými hydraulickým spojivom.

Na technológie týkajúce sa stmelených alebo nestmelených podkladových vrstiev vozovky (druhá, tretia a štvrtá technológia), sa použije frézovacie zariadenie a spracúvajú sa na mieste alebo v miešacom centre, v oboch prípadoch za studena.

Recyklácia za tepla na mieste má pozitívny vplyv na životné prostredie, pretože všetky pôvodné materiály môžu byť využité až na 100 percent, šetria sa surovinové zdroje a odstraňuje problém so skladovaním vyfrézovaného materiálu (zaberanie pôdy). Okolie stavby nie je prašné, pretože asfaltová zmes je rozpojená a spracúva sa v celku, bez potreby drvenia. V porovnaní s klasickým frézovaním za studena a nasledovnom čistení povrchu tu nevzniká prach. V procese opravy nevzniká odpad a sú preukázateľné ďalšie technické, technologické a ekonomické prednosti.

Pri recyklácii za studena na mieste takisto možno v porovnaní s klasickou výmenou a stavbou nových podkladových vrstiev využiť materiál pôvodnej konštrukcie vozovky. Pre vybúrané pôvodné materiály nie sú potrebné skladovacie priestory a šetrí sa spotreba nových stavebných materiálov, t. j. šetria sa aj prírodné zdroje. Spôsob dávkovania spojiva zaručuje jeho rovnomerné rozloženie v zmesi a pôvodná vozovka môže byť recyklovaná do požadovanej hĺbky bez porušenia nižších vrstiev. Prednosťou je aj nižšia cena a skrátený čas výstavby. Okolie komunikácie nie je zaťažené v súvislosti s odvozom a dovozom stavebných materiálov hlukom, vibráciami, exhalátmi a prachom či blatom.

Recyklácia súvisí aj s  technickými, ekonomickými a ekologickými otázkami. Napriek jej nesporným výhodám väčšina prekážok využívania recyklovania na Slovensku nie je technického charakteru. Prvou prekážkou je nezáujem, resp. opatrnosť investorov. S tým súvisí nedostatočná informovanosť a výchova zákazníkov a nedostatok domácich referencií z pozorovania úsekov vozoviek rehabilitovaných touto technológiou. Ďalej je to chýbajúca legislatíva, predpisy o odpadoch a zaradenie týchto materiálov do skupín podľa technicko-kvalitatívnych podmienok (TKP). Správcovia cestných komunikácií nemajú dostatok financií na opravy vozoviek, a tým sa odstraňujú len dôsledky, nie príčiny porúch. Ďalšou prekážkou je nedostatok predpisov a vhodných skúšobných metód pre alternatívne materiály a obava o kvalitu. S ekonomikou súvisia aj v rozpočtových programoch chýbajúce položky s finančným ohodnotením jednotlivých prác a postupov.

Výhľad do budúcnosti a prínos k trvalo udržateľnému rozvoju je aktuálnou otázkou používania environmentálnych technológií v cestnom staviteľstve. Vďaka rozšíreniu technológie recyklácie a použitia priemyselných odpadov v cestnom staviteľstve bude životné prostredie o niečo zdravšie. Významnú úlohu pri riešení súčasnej situácie by mohlo zohrať aj novoustanovené Európske združenie kvality pre recykláciu (European Quality Association for Recycling, e.V.) a jeho aktivity na európskej úrovni.

Medzi technológie vhodné na predĺženie životnosti vozoviek a riešenie opráv nehodových úsekov patria emulzné mikrokoberce a emulzné nátery. Tieto technológie za studena slúžia nielen na minimalizovanie negatívnych vplyvov klimatických podmienok, na plynulosť a bezpečnosť cestnej premávky, opravy a údržby pozemných komunikácií, ale aj na zaistenie prevádzkovej spôsobilosti vozoviek. Štatistické údaje svedčia o nedostatočnom využívaní technológií za studena aj napriek ich nesporným výhodám.

Emulzný mikrokoberec je moderná technológia určená najmä na údržbu vozoviek s cieľom zvýšiť ich prevádzkovú spôsobilosť a životnosť. Menej sa využíva kombinácia emulzných mikrokobercov s asfaltobetónovými vrstvami na úpravu a zosilnenie podkladu. Zmes je zložená z modifikovanej kationaktívnej asfaltovej emulzie, kameniva vhodného mineralogického zloženia, cementu, stabilizátora prípadne iných prísad.

K moderným, progresívnym a vysoko produktívnym technológiám na opravy a súvislú údržbu ciest patria aj technológie výroby za studena, vďaka ktorým sa dosahuje účinné uzavretie povrchu ciest proti vnikaniu vody do konštrukcie vozovky, vysoká drsnosť s jej relatívne malým úbytkom, pomerne rýchle odvedenie vody z povrchu vozovky, a tým obmedzenie výskytu akvaplaningu, znižovanie spotreby soľných roztokov v zimnej údržbe, obmedzenie tvorby námrazy na povrchu vozoviek, rýchla realizácia obnovy povrchových vlastností, krátke obmedzenie verejnej dopravy pri ich realizácii a minimalizácia prípravných prác, osobitne v intraviláne miest a obcí. Použitím modifikovaných asfaltových emulzií sa zvyšuje teplotná odolnosť úpravy a obmedzuje sa degradácia zvyšného modifikovaného asfaltu.

Nová generácia spojív pre dopravné stavby
V súčasnosti je jasné, že svetové zásoby ropy ako základnej suroviny na výrobu asfaltov nie sú neobmedzené a riešenie treba hľadať vo výrobe alternatívnych spojív. Takýto zámer malo a má aj viacero výskumných a vývojových centier v Európe. Jedným z výsledkov francúzskeho výskumu je výroba spojiva na báze materiálov rastlinného pôvodu nazvaného Végécol. Je to spojivo, ktoré neobsahuje petrochemické deriváty. Môže sa použiť na výrobu zmesí, ktoré v podstate nahrádzajú asfaltové zmesi na stavbu vrstiev cestných vozoviek, chodníkov a rozličných dopravných plôch. Tieto zmesi majú dobrú spracovateľnosť aj dobré fyzikálno–mechanické vlastnosti, okrem iného odolnosť proti vyjazďovaniu koľají. Nemajú čiernu farbu, ale mierne sfarbenie do žlta a môžu sa rôznymi pigmentmi upravovať.

Végécol sa použije pri výrobe rôznych typov zmesí určených na obrusné vrstvy, prevažne pre zmesi vyrábané za horúca. Väčšinou sa do týchto zmesí nepridávajú farebné pigmenty, čo umožňuje využívať prírodné odtiene použitého kameniva v súlade s architektonickými požiadavkami. Zmesi majú veľmi dobré mechanické vlastnosti. Vďaka nízkej počiatočnej viskozite umožňuje toto spojivo výrobu zmesi pri teplotách 110 – 130 °C, čím vznikajú úspory energií a zníženie emisií skleníkových plynov. Zmesi sa vyrábajú na bežných obaľovačkách podobne ako tradičné asfaltové zmesi. Teplota pri obaľovaní je však asi o 40 °C nižšia ako pri bežných cestných asfaltoch. Vlastnosti spojiva Végécol sa líšia od tradičných asfaltov. Po položení a zhutnení zmesi dochádza k polymerizácií spojiva. Hodnoty modulov tuhosti a odolnosti proti únave sú v porovnaní s podobnými zmesami s modifikovaným asfaltom vyššie. Navyše v priebehu roka dochádza k ďalšiemu nárastu týchto parametrov. Végécol sa využíva aj vo forme emulzií na rozličné povrchové úpravy spevnených plôch a pozemných komunikácií.

Podobné vizuálne efekty ako so spojivom Végécol možno dosiahnuť aj pri zmesiach so spojivom Bituclair. Je to priehľadné spojivo syntetického pôvodu s mierne tmavším zafarbením. Na rozdiel od Végécolu sa Bituclair mieša a spracúva pri podobných teplotách ako bežné cestné asfalty.

Energeticky úsporné a environmentálne asfaltové zmesi
Výstavba a údržba cestných komunikácií má vplyv na okolie a životné prostredie, v ktorom sú tieto komunikácie situované. V prípade asfaltových zmesí je vplyv viazaný na vysokú teplotu potrebnú pri ich výrobe, čo je 160 až 180 °C. Teplota je dôležitá na zníženie viskozity asfaltu a elimináciu vody z povrchu kameniva. V poslednom období sledujeme aj nárast priemerných teplôt vzduchu, pričom asfaltové zmesi sa stávajú plastické. Aby mohli odolávať namáhaniu, ktoré vyplýva zo zvýšeného klimatického zaťaženia, ako aj z nárastu dopravy, treba ich modifikovať. Dôsledkom je prechod pri výrobe zmesí na tvrdé asfalty alebo na polymérmi modifikované asfalty, ktorých viskozita si však vyžaduje vyššiu manipulačnú teplotu.

Výskumné práce v rôznych inštitúciách v Európe sú zamerané na zníženie teploty pri výrobe štandardných asfaltových zmesí. Výsledkom sú viaceré technológie, pri ktorých je možné znížiť teplotu pri výrobe o približne 40 °C, pričom sa zachováva spracovateľnosť zmesi, ktorá zaručuje účinnosť zhutňovania aj vzhľad povrchu.
Environmentálnymi technológiami sa znižuje teplota pri výrobe a položení zmesi až o 40 °C. Tieto technológie ovplyvňujú reológiu spojiva, nevyžadujú nové výrobné prostriedky, pričom výsledný produkt je ekvivalentný klasickým asfaltovým zmesiam. Podrobným skúmaním rôznych zrealizovaných stavieb sa preukázal energetický prínos overovaných technológií. Miera zhutnenia, rovinatosť a priľnavosť týchto nízkoteplotných zmesí na komunikáciách s vysokým dopravným zaťažením potvrdzujú vhodnosť týchto postupov.

Technológie energeticky úsporných asfaltových zmesí sa môžu aplikovať aj s recyklovaným kamenivom a môžu sa použiť jednak na bežné asfaltové vrstvy, jednak na veľmi tenké úpravy s modifikovaným spojivom alebo zmesi s vysokým modulom. Z hľadiska ochrany životného prostredia realizácia týchto asfaltových zmesí vedie k poklesu plynných emisií, znižovaniu emisií skleníkových plynov rádovo až o 18 až 20 percent, a to v dôsledku prevereného a potvrdeného zníženia spotreby energie.

S činnosťami spojenými so stavbou, údržbou a obnovou cestných komunikácií súvisia negatívne vplyvy na územie, obyvateľov a užívateľov komunikácií. Medzi riešenia, ktoré môžu tieto negatívne vplyvy zmierniť, možno začleniť:

  • obmedzenie znečistenia prostredia – retenčné vodné nádrže, použitie lapačov prachu, meracie zariadenia na kontrolu emisií, monitorovanie rizík znečistenia, kontrolovanie a manipulácia s nebezpečnými materiálmi, recyklácia,
  • zvýšenie bezpečnosti dopravy – informačné kampane pre verejnosť, policajný dohľad, radary, premostenie a priechody pre peších, vhodné osvetlenie prác v noci a dopravné značenie,
  • zníženie hluku – smernice stanovujúce maximálne hladiny hluku, skrátenie času výstavby pomocou vhodných technológií, príplatky alebo pokuty spojené s urýchlením alebo prieťahmi pri výstavbe,
  • zníženie vibrácií – výber vhodných prostriedkov na dopravu materiálu, prispôsobenie stavebných technológií, kontrola rýchlosti vozidiel, finančné kompenzácie na inštaláciu dodatočných zariadení zvukových izolácií,
  • udržanie mobility – podpora verejnej prepravy, alternatívne prostriedky prevozu stavebných materiálov, menšie obmedzovanie užívateľov.


Vozovky na veľké zaťaženie a dlhú životnosť

V posledných rokoch môžeme na našich cestách sledovať zvýšenú intenzitu premávky a zvýšené dopravné zaťaženie. Cestné komunikácie však v minulosti neboli navrhované na takú ťažkú kamiónovú dopravu, aká je dnes. Je teda aktuálna otázka, aké nové riešenia hľadať vo výstavbe pozemných komunikácií. Možným riešením je práve výstavba cementobetónových vozoviek.

V poslednom období sa veľa diskutovalo o použití týchto vozoviek na diaľniciach a rýchlostných cestách. Veľmi častý je aj argument, že výstavba cementobetónových vozoviek je drahšia ako výstavba vozoviek s asfaltobetónovým krytom. Pred rozhodnutím je však nutné porovnať výhody aj nevýhody jednotlivých technických riešení od výstavby až po údržbu. Kritériá na rozhodovanie dnes zahŕňajú náklady na celý životný cyklus.

Cementobetónové vozovky sa využívajú hlavne z dôvodu vysokej odolnosti proti nadmernému zaťaženiu a sú nevyhnutné na frekventovaných a najviac vyťažených úsekoch cestných komunikácií. Úspešne sa používajú na letiskové a odstavné plochy, parkoviská a plochy mestských aglomerácií vrátane križovatiek a zastávok mestskej hromadnej dopravy.

Medzi tri základné výhody cementobetónových krytov oproti iným technickým riešeniam patrí:

  • ekonomická efektívnosť – životnosť 40 rokov, celkové náklady počas 20 rokov využívania sú až o 60 percent nižšie ako na asfaltové vozovky, výroba materiálu sa pokryje z domácich surovín,
  • ochrana životného prostredia – z betónu sa nevylúhujú látky nebezpečné pre životné prostredie, naopak pri kontakte asfaltu s vodným prostredím a pôsobením vysokých teplôt môže nastať uvoľňovanie toxických látok; betón, ktorý sa vyrába z cementu, je recyklovateľný, vyrába sa z domácich surovín a pri zimnej údržbe vozoviek je potrebné menšie množstvo posypových materiálov a soli,
  • výhody pre užívateľov – zabezpečenie plynulej premávky na komunikáciách, bezpečnosť, lepšia viditeľnosť, napríklad v tuneloch sa znižujú aj náklady na osvetlenie. V mestských oblastiach dokážu betónové vozovky spolu so stromami znížiť letné teploty až o 10 stupňov. V neposlednom rade je to variabilita týchto vozoviek a nehorľavosť betónu.

S otázkou environmentálnych technológii súvisí aj recyklovanie cementobetónových vozoviek. Materiál z cementobetónovej vozovky určený na opätovné použitie na inom mieste, ako je miesto výskytu, možno získať búraním baranidlami, závesnými závažiami, strojom alebo studenou frézou. Získaný materiál sa ďalej upravuje drvením, ktoré môže byť jednostupňové alebo dvojstupňové. Recyklovaný materiál upravený drvením možno použiť na ochranné a podkladové vrstvy vozoviek.
 
Záver
Možno konštatovať, že dnešná situácia v oblasti stavby a údržby vozoviek nie je jednoduchá a ovplyvňuje ju rad faktorov. Medzi hlavné patria zvyšujúce sa dopravné zaťaženie, problémy s ropou a možnosťami ďalšieho používania asfaltov, zmeny klimatických podmienok a v neposlednom rade prevzatie európskych noriem a s tým súvisiace problémy kvality. Na základe toho je nutné zaoberať sa otázkami zvyšovania životnosti, najmä vrstiev krytu vozovky, celkových nákladov a energetickej náročnosti, zlepšovaním povrchových vlastností, hlavne drsnosti a redukovania hlučnosti.

Cieľom tohto príspevku nie je vyvolať polemiku o menej alebo viac výhodných technológiách, ale potvrdiť aktuálnosť používania environmentálnych technológií. Trvalo udržateľný rozvoj a ochrana životného prostredia sú stále aktuálne problémy, ktoré súvisia s používaním environmentálnych technológií v cestnom staviteľstve. Ich riešenie je veľmi nástojčivé.

Ing. Peter Gábor, PhD., Stavebná fakulta STU v Bratislave
Recenzoval: prof. Ing. Ivan Gschwendt, DrSc., Stavebná fakulta STU v Bratislave

Tento príspevok bol vypracovaný v rámci vedeckého projektu VEGA 1/0580/09 Priestorovo a energeticky úsporné dopravné stavby.

Literatúra
[1] Asfaltové zmesi v Európe 2008. Zborník z konferencie. Praha: 2008.
[2] Asfaltové vozovky 2007. Zborník z konferencie. České Budějovice: 2007.

Článok bol uverejnený v knižnej publikácii Stavebnícka ročenka 2010.

KategórieVozovky