Zhodnocovanie priemyselných odpadov v konštrukciách vozoviek

V článku sú uvedené poznatky z  oblasti zhodnocovania priemyselných odpadov v  konštrukciách udržateľných vozoviek. Prezentujú sa teoretické základy možností zhodnocovania odpadov z  cigariet, cigaretových náplní a  ohorkov v  obrusných vrstvách asfaltových vozoviek. V  rámci Slovenska ide o prvé výstupy pilotného projektu rehabilitácie vozovky cesty II/121 v  Malinove prostredníctvom asfaltového koberca mastixového SMA (Stone Mastic Asphalt) s  využitím cigaretových odpadov ako náhrady celulózových vlákien v asfaltovej zmesi SMA.

Príspevok nadväzuje na predchádzajúci článok autorov v časopise Inžinierske stavby z roku 2025 [1], ktorý sa zaoberá trvalou udržateľnosťou vozoviek a paradigmatickou zmenou od lineárneho k cirkulárnemu systému ich výstavby. Cirkulárnu ekonomiku v stavebníctve vnímajú ako ekonomický model založený na opakovanom vracaní stavebných materiálov, komponentov a produktov späť do výrobného procesu s možným zhodnocovaním priemyselných odpadov.

Ich cirkulovaním sa tak radikálne minimalizuje odpad, spotreba energie inak potrebnej na výrobu nových vstupov a celkové náklady na výrobu. Uzatvorenie materiálových tokov a maximálne efektívne využívanie zdrojov v technickom a biologickom cykle predstavuje kľúčový aspekt cirkulárnej ekonomiky, kde sa neustále transformujú výstupy výrobných procesov na vstupy.

Hlavným cieľom obehového hospodárstva je dosiahnutie najvyššej možnej využiteľnosti a hodnoty produktov a komponentov, pričom sa súčasne minimalizujú negatívne vplyvy na životné prostredie. Vďaka svojmu ekologickému, technickému a ekonomickému potenciálu sa obehové hospodárstvo stáva čoraz populárnejším a predstavuje reálnu alternatívu k tradičnej lineárnej výstavbe.

Cirkulárna ekonomika je nástrojom na dosiahnutie trvalej udržateľnosti dopravných stavieb, v rámci ktorých sa vzťahuje na každú fázu rozhodovania: plánovanie, návrh, realizácia, prevádzka, údržba, recyklácia, dekompozícia alebo likvidácia.

Podľa [2] je sektor odpadov hlavným antropogénnym zdrojom globálnych emisií skleníkových plynov (GreenHouse Gas) a radí sa na štvrté miesto medzi globálnymi emisiami GHG. Z aspektu naznačeného holistického vnímania udržateľnosti vozoviek má ich výstavba vysoký synergický potenciál pri zlepšovaní životného prostredia aj prostredníctvom zhodnocovania priemyselných odpadov.

V posledných rokoch sa v rámci riešenia výskumných prác na SvF UNIZA autori sústredili na výskum možností zhodnocovania textilných odpadov z automobilového priemyslu a cigaretových odpadov [3] v konštrukčných vrstvách vozoviek.

Príklady zhodnocovania priemyselných odpadov v podmienkach Slovenska

Priemyselný odpad je odpad z rôznych procesov výroby a môže sa v jednotlivých odvetviach líšiť podľa použitých surovín, výrobných procesov a výstupných produktov. Na Slovensku predstavuje viac ako 80 % množstva všetkých odpadov [1].

Zhodnocovanie priemyselných odpadov má na území dnešného Slovenska a Česka dlhoročnú tradíciu. Už v roku 1961 vyšla publikácia [4] o vyľahčených betónoch prostredníctvom ľahkých stavebných hmôt ako keramzit (pálené expandujúce zeminy), expandovaná bridlica (vyrobená drvením na frakciu 1,3 až 20 mm a vypaľovaním v rotačných peciach na objemovú hmotnosť 700 kg/m3), spekaný popol, aglomerovaná škvara, agloporit, trosková pemza, kavitit (materiál tvorený z tehlových a iných plastických ílov) či tufy a tufity (pyroklastický sediment obsahujúci zmiešaný vulkanický aj terigénny materiál). Z uvedených materiálov môžeme niektoré dnešnou terminológiou charakterizovať ako zhodnocovanie priemyselných odpadov, podrobnosti sú v tab. 1.

Európska agentúra ECOBA (European Coal Combustion Product Association), zaoberajúca sa využívaním energetických odpadov, klasifikuje vznikajúce tuhé zvyšky v závislosti od spôsobu spaľovania a mineralogického zloženia uhlia takto [5]:

• Úletový popolček (pulverized coal fly ash, FA) – jemnozrnný materiál zachytávaný elektrostatickými alebo mechanickými odlučovačmi tuhých častíc z dymových plynov z ohniska s práškovým uhlím.
• Popol zo spodnej časti kotla (furnance bottom ash, BA) – hrubozrnný materiál odstraňovaný zo suchej spodnej časti kotla mokrou cestou.
• Produkt odsírenia dymových plynov – energosádrovec (flue gas desulfurization, FGD).
• Škvara z kotla (boiler slag, BS) – sklovitý zrnitý materiál z mokrého odstránenia zo spodnej časti kotla.
• Lôžkový popol z fluidného spaľovania (fluidized-bed combustion by-product, FBC) – energetický odpad s pomerne vysokým obsahom Ca a S pochádzajúci zo spaľovania uhlia vo fluidnej vrstve.
• Produkty polosuchej absorpcie (semi dry absorption product, SDA) – jemnozrnné materiály z odsírenia dymových plynov za pomoci vápna ako sorbentu.

V staršej literatúre sa pre tuhé zvyšky po spaľovaní uhlia stretávame s pojmami:

• troska – sklovitý materiál v dôsledku tavenia; výstavné ohnisko/kúrenisko,
• škvara – pórovitý materiál v dôsledku spekania; granulačné a roštové ohnisko/kúrenisko,
• popol – sypký materiál; fluidné ohnisko/kúrenisko,
• popolček – zachytený v zadných ťahoch kotla alebo v odlučovači.

V súčasnosti platia v SR pre použitie predmetných materiálov v zemných konštrukciách, resp. konštrukčných vrstvách vozoviek pozemných komunikácií vrátane ich podloží nasledujúce normy:

• STN EN 14227-2:2013 Hydraulicky stmelené zmesi. Špecifikácie.
  Časť 2: Zmesi stmelené troskou,
• STN EN 14227-3:2013 Hydraulicky stmelené zmesi. Špecifikácie.
  Časť 3: Zmesi stmelené popolčekom,
• STN EN 14227-4:2013 Hydraulicky stmelené zmesi. Špecifikácie.
  Časť 4: Popolček pre hydraulicky stmelené zmesi.

Aplikácia troskového kameniva v cestnom staviteľstve sa u nás prvýkrát riešila samostatnou STN 72 2015 v roku 2001 [6]. Táto norma platí pre výrobu, skúšanie a dodávanie umelého hutného kameniva z trosky na zhotovovanie nestmelených a stmelených konštrukčných vrstiev pozemných komunikácií a iných plôch [10]. V prvom vydaní normy boli uvedené spresňujúce technické požiadavky a dopĺňajúce požiadavky na umelé hutné kamenivo:

• z vysokopecnej trosky,
• z demetalizovanej oceliarenskej trosky,
• z trosky vzniknutej pri výrobe ferochrómu (FeCrC).

Na základe iniciatívy OFZ Istebné, a. s., spoločnosť VUIS-CESTY, s. r. o.,
spracovala v roku 2003 zmenu Z1 uvedenej normy. Jej hlavným cieľom bolo umožniť používanie trosky vznikajúcej pomalým ochladzovaním na vzduchu ako vedľajší produkt pri výrobe ferosilikomangánu v elektrickej oblúkovej peci (FeSiMn).

Spoločnosť OFZ Istebné vyrábala produkty (obr. 1), ktoré preukazne nemali negatívny vplyv na životné prostredie [7]:

• kamenivo SIMAT – P: vyrába sa ako štrkodrvina drvením a triedením ferosilikomangánovej trosky, ktorá tuhne a chladne pomalým chladením v hrubších vrstvách. Kamenivo SIMAT – P sa vyrába ako:
  o drobné,
  o hrubé kamenivo,
  o štrkodrvina podľa STN 72 2014/Z1, Z3,
• kamenivo SIMAT – R: vyrába sa ako štrkodrvina drvením a triedením ferosilikomangánovej trosky, ktorá tuhne a chladne pomocou núteného ochladzovania vo vrstvách. Kamenivo SIMAT – R sa používa na zhotovovanie podkladových, ochranných a drenážnych vrstiev, spevnených plôch, lokálnych ciest, hrádzí a terénnych úprav. Dodáva sa voľne uložené na nákladných automobiloch alebo železničných vagónoch vo frakcii 0 – 60,
  50 – 200 mm.

Ďalšou úspešnou aplikáciou bolo využitie gumového granulátu CRM (Crumb Rubber Modifier) na modifikáciu asfaltov v projekte APVV-0254-07 Využitie polymérov z recyklovaných pneumatík v cestnom staviteľstve riešenom v spolupráci so Slovnaft, a. s., a VÚIS-CESTY, s. r. o.

Po vývoji úspešnej prevádzkovej pokusnej výroby boli na Slovensku vybudované 4 pokusné úseky s použitím asfaltovej zmesi obsahujúcej CRM (tab. 2).

Na výrobu nového produktu PMB CRM 45/80-55 bol použitý vákuový zvyšok zo spracovania ropy a ďalšie prísady, pričom v 2003 bolo použité dávkovanie CRM priamo do dvojrotorového miešača obaľovacej súpravy s ručným dávkovaním. V rámci výskumnej spolupráce SvF UNIZA s Dr. h. c. Ing. Zdeňkom Lovečkom, CSc., z VUIS-CESTY, s. r. o. sa riešila objektivizácia vplyvu povrchu vozoviek s využitím PMB CRM 45/80-55 na hlukové imisie ich okolia. Na objektivizáciu zníženia hlukových imisií generovaných cestnou dopravou sa použila štatistická metóda pri prejazde (SPB –Statistical Pass-By method) podľa STN EN ISO 11819-1 [8], podľa ktorej sa súčasne merajú maximálne A hladiny akustického tlaku LA,max štatisticky významného počtu osobných a nákladných vozidiel na určenom mieste vozovky spolu s ich rýchlosťou. Na získanie celkovej hladiny vplyvu povrchu vozovky na dopravný hluk pre reprezentatívnu skladbu vozidiel sa vypočíta štatistický index pri prejazde (Statistical Pass-by Index – SPBI) podľa nasledujúceho vzťahu:

kde:
L₁, L_2a, L_2b sú hladiny akustického tlaku vozidla pre kategórie vozidiel 1, 2a, 2b (obr. 3),
W₁, W_2a, W_2b – váhové súčinitele, ktoré zodpovedajú predpokladaným pomerom kategórií vozidiel v dopravnom prúde,
v₁, v_2a, v_2b – referenčné rýchlosti jednotlivých kategórií vozidiel.

Obrusná vrstva vozovky pokusného úseku R1 SMA 11 O; PMB CRM vykázala 14. 9. 2017 vo vzťahu k SMA O 11, PMB hodnoty SPBI o 3,3 dB nižšie (obr. 2).

Na obr. 3 sú prezentované príklady vyhodnotenia korelačných závislostí maximálnych hladín hluku od logaritmu rýchlosti jazdy vozidiel kategórií 1, 2a, 2b, z ktorých sa určujú hodnoty L1, L2a, L2b pre merania uskutočnené na MS1 a MS2 dňa 14. 9. 2017.

Teoretické základy použitia odpadov z cigariet v asfaltových zmesiach

V oblastiach s horúcim podnebím asfaltové vozovky často trpia nadmernou akumuláciou tepla, čo vedie k predčasným poškodeniam, ako je tvorba koľají, potenie a degradácia povrchu [9]. Na riešenie tohto problému sa ako sľubné riešenie ukázali materiály s fázovou zmenou (PCM – Phase Change Materials) vďaka svojej schopnosti absorbovať, ukladať a uvoľňovať teplo počas fázových prechodov, čím regulujú teplotu vozovky.

Okrem toho sa ako nová prísada do mikrovlákna získaného z odpadu zavádzajú drvené cigaretové filtre (CF), ktoré prispievajú k udržateľnosti využitím perzistentného a netoxického mestského odpadu. Cieľom kombinácie PCM a CF je zlepšiť tepelnú odolnosť zmesi, jej spracovateľnosť a environmentálnu stopu a ponúknuť multifunkčný a ekologický prístup k návrhu vozoviek [10].

Cigaretové filtre (CF) patria medzi najčastejšie vyhadzované odpadové materiály na celom svete, pričom sa odhaduje, že každý rok sa nesprávne vyhodí 4,5 bilióna kusov. Zloženie prevažne z nebiologicky rozložiteľnej celulózy znižuje maximálne teploty vozovky a tvorbu koľají v horúcom podnebí, zatiaľ čo pridanie CF ako vlákna z odpadu zvyšuje stabilitu zmesi a podporuje udržateľnosť využitím bežného mestského odpadu [12]. Začlenenie materiálov s fázovou zmenou do teplých asfaltových zmesí (WMA – Warm Mix Asphalt) vykazuje významný potenciál na zlepšenie tepelnej regulácie aj mechanických vlastností.

Fu a kol. [13] skúmali reologické správanie asfaltových spojív modifikovaných nízkoteplotnými mikroenkapsulovanými eutektickými materiálmi PCM. Ich zistenia naznačujú, že začlenenie PCM zvýšilo odolnosť spojiva proti tepelným výkyvom, najmä pri nízkych prevádzkových teplotách, pri zachovaní uspokojivých viskoelastických vlastností.

V porovnaní s tým, okrem skúmania rôznych kandidátov PCM na tepelnú reguláciu na úrovni spojiva aj zmesi v asfaltovom miešaní WMA, štúdia využívala aj drvené CF ako výstužný odpadový materiál, čím zaviedla paralelnú stratégiu udržateľnosti prostredníctvom hodnotových vlastností odpadu. PCM ponúkajú dynamickú tepelnú reguláciu absorbovaním a uvoľňovaním tepla počas fázových prechodov, čo poskytuje štrukturálne aj tepelné výhody, zatiaľ čo začlenenie cigaretových filtrov ako vlákna z odpadu zvyšuje stabilitu zmesi a prispieva k udržateľnosti.

Saboo N a Das A. [14] preskúmali stav návrhu a výkonnosti asfaltových vozoviek v kontexte indickej dopravnej infraštruktúry a zdôraznili potrebu inovatívnych materiálov a technológií na zvýšenie odolnosti vozoviek a prispôsobenie sa meniacim sa klimatickým a zaťažovacím podmienkam. V reakcii na tieto výzvy štúdia skúmala použitie PCM v zmesiach WMA na zlepšenie tepelnej regulácie a mechanického výkonu a zároveň zavádza CF ako novú vláknitú výstuž na podporu environmentálnej udržateľnosti a materiálovej efektívnosti asfaltových vozoviek.

Slovenský pilotný projekt použitia cigaretového odpadu v asfaltovej vozovke

Bratislavský samosprávny kraj (BSK) v spolupráci so spoločnosťami Reneso a STRABAG vybudovali na ceste II/121 v Malinove pokusný úsek , kde sú v obrusnej vrstve asfaltovej vozovky použité vlákna z recyklovaných CF a tabakových náplní. Odpad znečisťujúci ulice môže predĺžiť životnosť vozoviek a znížiť ich ekologickú stopu. Je to inovácia spájajúca ekológiu, výskum a praktické využitie.

BSK sa chce posúvať smerom k udržateľnej infraštruktúre – nielen opravovať cesty, ale robiť ich lepšie, efektívnejšie a s menšou ekologickou stopou. Kľúčovou inováciou je nahradenie bežných celulózových vlákien recyklovanými vláknami Reneso Fibers vyrobenými z filtrov tabakových výrobkov. Tieto vlákna vznikajú spracovaním cigaretového odpadu na certifikovaný materiál s porovnateľnými alebo lepšími vlastnosťami, než má pôvodná surovina.

V rámci pilotného projektu sa použilo približne 750 kg recyklovaných vlákien, čo predstavuje približne 1,5 milióna ohorkov a tabakových náplní. Pre BSK je dôležité, aby inovácie nezostali len v laboratóriách, ale aby sa testovali priamo v teréne. „Vďaka spolupráci s partnermi ako Reneso, STRABAG a Žilinská univerzita dokážeme overiť, ako sa recyklované materiály správajú v reálnej premávke a v rôznych klimatických podmienkach. Naším cieľom je nájsť riešenia, ktoré predĺžia životnosť ciest, znížia náklady na ich údržbu a prinesú environmentálny prínos,“ uviedol Martin Samek, technický riaditeľ SC BSK.

Recyklácia cigaretových filtrov a ich využitie v stavebníctve predstavuje udržateľnú službu pre čistejšie mestá, obce a areály spoločností, kde cigaretové znečistenie vzniká. Pomocou inovatívnej spracovateľskej technológie možno cigaretový odpad premeniť na produkt Reneso Fibers a ponúknuť alternatívnu prísadu pri stavbe vozoviek. Samozrejme, uvádzanie stavebných výrobkov na trh podlieha reguláciám a posudzovaniu parametrov, výrobok Reneso Fibers podlieha certifikácii v zmysle technologického predpisu VUIS-NC-01/2025.

Záver

Autori uvádzajú úspešné príklady zhodnocovania priemyselných odpadov v konštrukciách vozoviek, konkrétne napríklad aplikácie OFZ Istebné v oblasti zhodnotenej ferosilikomangánovej trosky vo forme štrkodrviny.

Ďalej sa venujú využitiu gumového granulátu CRM (Crumb Rubber Modifier) na modifikáciu asfaltov, čo bolo výstupom projektu APVV-0254-07 Využitie polymérov z recyklovaných pneumatík v cestnom staviteľstve riešenom v spolupráci Slovnaftu, a. s., a VÚIS-CESTY, s. r. o. V rámci spolupráce Katedry cestného a environmentálneho inžinierstva SvF UNIZA s Dr. h. c. Ing. Zdeňkom Lovečekom, CSc., bolo preukázané zníženie hladín hluku okolia pozemných komunikácií vplyvom použitia CRM o 3 dB, čo reprezentuje zníženie intenzít dopravy na polovicu alebo zvýšenie vzdialenosti príjemcu od zdroja dopravného hluku na dvojnásobok.

V článku sú prezentované teoretické východiská pre zhodnocovanie cigaretových odpadov v konštrukciách asfaltových vozoviek. V rámci výskumných aktivít [3] sa autori aktuálne sústreďujú na verifikáciu premisy, že predmetná technológia nezhoršuje vodoodolnosť asfaltovej zmesi ani riziko vzniku trhlín a poškodení spôsobených mrazom či dažďom. Zároveň sa bude overovať hypotéza, že použitie cigaretového odpadu v obrusnej vrstve SMA zvyšuje mechanickú stabilitu povrchu, čím sa zároveň znižuje riziko tvorby koľají a deformácií, ktoré patria medzi najčastejšie príčiny zníženia prevádzkovej spôsobilosti vozoviek.

Príspevok bol spracovaný v rámci riešenia projektu VEGA č. 1/0448/25 Výskum
udržateľných asfaltových technológií z hľadiska prevádzkovej spôsobilosti
vozoviek a emisií CO2.

Literatúra
1. Decký, M., Remišová, E., Samek, M., Grenčík, M. (2025). Systémový prístup zhodnocovania zmesných asfaltových R-materiálov s dôrazom na cirkulárnu ekonomiku. In Inžinierske stavby, roč. 73, č. 1 (2025), s. 58-62, ISSN 1335-0846.
2. Oo, P. Z., Prapaspongsa, T., Strezov, V. et al (2024). The role of global waste management and circular economy towards carbon neutrality. Sustainable Production and Consumption, 52, 498 – 510.
3. Samek, M. (2025). Holistický prístup k zhodnocovaniu priemyselných odpadov v konštrukciách vozoviek. Projekt dizertačnej práce, SvF UNIZA, s. 90.
4. Bureš, B. (1961). Nové lehké stavební hmoty, vybrané otázky rozvoje techniky: výskumná správa. Praha: VTEIN. 42 s.
5. Decký, M., Drusa, M., Zgútová, K. a kol. (2009). Navrhovanie a kontrola kvality zemných
konštrukcií inžinierskych stavieb. BTO print, vedecká monografia, s. 487.
6. STN 72 1015 Kamenivo na stavebné účely.
Umelé hutné kamenivo z trosky pre cestné
staviteľstvo, 2001.
7. Loveček, Z., Decký, M., Augustínová, E., Vangel, J. (2020). História cestného staviteľstva na území Slovenskej a Českej republiky. Vedecká monografia, 2. vyd., Žilinská univerzita v Žiline, EDIS – vydavateľstvo ŽU 2020, s. 346.
8. STN EN ISO 11819-1. Akustika. Meranie
vplyvu povrchu vozoviek na dopravný hluk. Časť 1: Štatistická metóda pri prejazde
(ISO 11819-1: 1997), 2002.
9. Almeida, A., & Picado-Santos, L. (2022). Asphalt road pavements to address climate change challenges – an overview. Applied Sciences, 12(24), 12515.
10. Vafaeva, K. M., & Zegait, R. (2024). Carbon nanotubes: revolutionizing construction materials for a sustainable future: A review. Research on Engineering Structures and Materials, 10(2), 559-621.
11. Vanapalli, K. R., Sharma, H. B., Anand, S. et al (2023). Cigarettes butt littering: The story of the world’s most littered item from the perspective of pollution, remedial actions, and policy measures. Journal of Hazardous Materials, 453, 131387.
12. Torkashvand, J., Farzadkia, M., Sobhi, H. R., & Esrafili, A. (2020). Littered cigarette butt as a well-known hazardous waste: a comprehensive systematic review. Journal of hazardous materials, 383, 121242.
13. Fu, Z., Hou, Y., Ma, F., Fu, Z., Cui, J., Liu, Z., & Liu, J. (2024). Investigation of rheological properties of asphalt modified with low-temperature microencapsulated eutectic phase change materials. Case Studies in Construction Materials, 20, e03201.
14. Saboo, N., & Das, A. (2022). Research Trends in Materials and Design of Asphalt Pavements. Transportation Research in India: Practices and Future Directions, 31 – 45

Text a foto: prof. Dr. Ing. Martin Decký, doc. Ing. Eva Remišová, PhD.;
Katedra cestného a environmentálneho inžinierstva,
Stavebná fakulta Žilinskej univerzity;
Ing. Martin Samek, Správa ciest Bratislavského samosprávneho kraja;
Bc. Hugo Repáň, Reneso, s. r. o.

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby 1/26.