Egy komoly esély a hazai útépítésben: a gumibitumen

Az USA ötven éve kezdte

Becsült adat szerint évente körülbelül 800 millió új gumiabroncs készül világszerte és nagyjából ugyanilyen mennyiségű használt gumiabroncs is keletkezik. Utóbbi újrafelhasználása a gumiabroncsgyártásban nem problémamentes, ezért a használt abroncsokat több más módon is hasznosítják. Ezek egyike az aszfaltgyártásban történik, ahol a hulladékabroncsok gumiját már sok éve használják adalékanyagként különböző formában és eltérő sikerrel.

A gumiabroncs az aszfaltgyártásban az 1960-as évek közepén az USA-ban jelent meg. Manapság számos országban jelen van, az USA államai mellett leginkább Portugáliában, Spanyolországban, Olaszországban, Dél-Afrikában, Ausztráliában, Kanadában, Brazíliában és Kínában.

Mi a lényege?

A gumimodifikáció javítani tudja a bitumen, illetve az aszfaltkeverékek tulajdonságait. A gumiőrleményt összekeverhetjük a kötőanyaggal-bitumen (nedves eljárás), vagy közvetlenül adagolhatjuk a keverődobba az aszfaltkeverék gyártása során (száraz eljárás).

Jelenlegi ismereteink alapján a gumiőrleménnyel módosított aszfaltnak jó az ellenállása a deformációval szemben magas hőmérsékleten, jó viselkedési mutatói vannak alacsony hőmérsékleten, valamint jó tapadást mutat a bitumen és az adalékanyag között.

A gumiőrleménnyel módosított kötőanyagok és keverékek alkalmazása során ez a modifikáció nemcsak az aszfalt tulajdonságait módosítja, hanem jelentős befolyással van magára az aszfaltkeverékre, annak gyártása és feldolgozása során, valamint az üzemi gyártásellenőrzés során végzett teszteknél.

A legfontosabb alapdefiníciók

Gumival módosított bitumen (RMB): útburkolásra használt bitumen, melyet gumiőrleménnyel, vagy modifikált gumiőrleménnyel módosítanak.

Gumival módosított aszfalt (RMA): olyan aszfalt, amelyet gumival modifikáltak, nedves vagy száraz eljárás során.

Gumiaprítékkal modifikált bitumen: gumiőrleményből és bitumenből álló koncentrátum, amely később homogén keverékké válik.

Nedves eljárás: olyan módszer, melynek során a gumiőrleményt elkeverik a bitumennel, hogy modifikálják azt. A végeredményként kapott kötőanyag (RMB) felhasználásra kész polimerrel modifikált bitumenként (PMB) használható.

Száraz eljárás: olyan módszer, melynek során modifikált gumiőrleményt vagy durva őrleményt adunk közvetlenül a keverődobba az aszfaltgyártás folyamán.

A hulladékabroncs háromféle felhasználása

A gumiőrleményt, amely a használt gumiabroncs méretbeli csökkentésével keletkezik, adalékanyagként használhatjuk az aszfaltkeverék előállításakor. Felhasználható gumival modifikált kötőanyagként (RMB), vagy aszfalt-adalékanyagként.

A gumival modifikált bitumen általában egy olyan keverék, melynek 80 %-a forró bitumen, 20 %-a pedig gumiőrlemény.

Háromféle módon használhatjuk fel a használt gumiabroncsot (belőle készült gumiőrleményt) az aszfaltgyártásban:

• nedves eljárás

• száraz eljárás - bitumen modifikáció

• száraz eljárás - aszfalt-modifikáció

A gumiőrlemény többségét nedves eljárás során használják fel.

Nedves eljárás - bitumen modifikáció

A nedves eljárás során a gumiőrleményt és szükség esetén egyéb adalékanyagokat belekeverjük a forró bitumenbe (kb. 180 °C), hogy homogén keveréket képezzünk belőle. Különböző keverési rendszereket, mint például keverőlapátot, párhuzamos keverőket és más típusú keverőrendszereket, vagy magas nyomású homogenizáló malmokat alkalmazhatunk ezen folyamat során. Ezután a bitumen-gumi keveréket egy keverőtartályban tartjuk (kb. 1-2 órán keresztül), hogy létrejöhessen a kívánt reakció (a gumi részecskék aktiválódása, szétterjedése a keverékben, mely elmélyíti a bitumen- és gumifrakciók homogenitását). Ezt a reakciót befolyásolja a keverési hőmérséklet, a mechanikus keverés fajtája és mértéke, a felhasznált gumiőrlemény mérete és textúrája, valamint a bitumen aromatikus komponensei. A reakció során várható, hogy a bitumen aromatikus olajai beleolvadnak a gumiőrlemény polimer láncaiba. Ezek a polimer láncok képezik a természetes és szintetikus gumi fő strukturális összetevőjét a gumiőrleménnyel modifikált bitumenben.

A gumiőrlemény és a bitumen között lezajló reakció mértékét emelhetjük azáltal, hogy növeljük a gumiőrlemény felületét, valamint a hőmérsékletet.

A végeredményként létrejött gumival modifikált bitumen korlátozott eltarthatóságú.

A nedves eljárás kivitelezése történhet folyamatosan vagy adagonként. Ez a fajta kötőanyag felhasználásra kész formában kerül az aszfaltkeverőhöz és nincs szükség plusz várakozási időre a helyszínen.

A gumiőrlemény fokozata és a szándékolt felhasználás alapján a keverékhez hozzáadott gumi aránya - ahhoz, hogy elérjük a kívánt gumi-modifikált kötőanyag karakterisztikáját - jelenleg mintegy 20-22 %-a a teljes kötőanyagmassza súlyának.

A felhasználásra kész bitument úgy kell szállítani és adagolni, hogy lehetővé tegyük a gyors feldolgozást. Ha a gumival modifikált aszfaltot hosszabb ideig kell tárolni, a bitumentartályt belső keverő vagy cirkulációs rendszerrel kell ellátni. Három napot meghaladó tárolás 180 °C feletti hőmérsékleten káros hatással van a kötőanyag tulajdonságaira. Ezért a hőmérsékletet 160 °C és 180 °C között kell tartani, amíg tároljuk, illetve feldolgozzuk a kötőanyagot. Lehetséges, hogy a gumival modifikált bitumen közvetlenül a szállítójárműről használjuk fel.

Száraz eljárás - bitumen modifikáció

A száraz eljárás során a modifikált gumiőrleménnyel/gumiaprítékkal módosított bitument közvetlenül az aszfaltkeverőbe tesszük, hogy modifikált aszfaltkeveréket nyerjünk.

Ezt az eljárást főként kis mennyiségek gyártásához használjuk, mert nagyobb mennyiségben nem garantálható a minőség egyenletessége. Pusztán gumiőrlemény használatával nem érhető el a kívánt aszfalt-modifikáció.

Száraz eljárás - aszfalt-modifikáció

A száraz eljárásban gumiőrleményt, gumiaprítékot és durva őrleményt használunk a finom adalékanyagok egy kis részének helyettesítésére. A gumirészecskéket a bitumen hozzáadása előtt keverjük össze az adalékanyagokkal. Ez az eljárás alapvetően csak meleg aszfalt alkalmazásokhoz használható fel, mint zárt felületű, nyitott felületű, vagy kátyúzó keverék.

A száraz eljárás elnevezésben arra utal, hogy a gumi folyékony bitumennel való összekeverése helyett a gumiőrleményt belekeverjük a keverékbe az adalékanyagok kis részeként.

Szállítás, tárolás és burkolatkészítés a nedves eljárásnál

• RMB szállítása

A gyártó által meghatározott minimum hőmérsékletet végig figyelni kell a tartálykocsi lefejtése során. A szivattyúzás teljesítményének illeszkednie kell a gumival modifikált bitumen magasabb viszkozitásához.

• RMB tárolása

A feldolgozásra kész RMB-t a szállítás utáni lehető leggyorsabban fel kell használni. Azt az RMB-t, amelyet úgy tárolnak, hogy közben az anyag nem mozog (nincs recirkuláció vagy belső keverő), csak rövid ideig lehet tárolni, figyelembe véve a gyártó utasításait. Belső keverővel felszerelt tartályban kell az RMB-t tartani, ha hosszabb ideig akarjuk tárolni.

• RMB adagolása a keverődobba

A szivattyú és a csővezeték tervezésekor figyelembe kell venni felhasználásra kész, gumival modifikált bitumen nagyon magas viszkozitását. Az RMB mérését és adagolását keverő specifikus bitumen adagoló rendszerrel végezhetjük.

• Keverési folyamat

A keverési folyamathoz nincs szükség a normál bitumennel gyártott aszfalthoz képest módosításra.

Az alábbi ajánlott keverési hőmérsékleteken dolgozhatunk:

PA                     150 – 160 °C

SMA                 160 – 170 °C

AC                    160 – 170 °C (aszfaltbeton a kopó-, kötő- és alapréteghez)

A keverési folyamat befejezése után a teljes bitumenadagoló rendszert alaposan meg kell tisztítani (pl. 50/70 vagy 70/100 bitumennel átöblítve).

Szállítás, tárolás és burkolatkészítés a nedves eljárásnál - bitumen modifikáció/ aszfalt modifikáció

• Szállítás:

Elsősorban zárt járműveket (pl. dupla ponyvás) használjunk a gumi-modifikált aszfalt szállításához. Előnyös, ha a teherautó tárolója szigetelt.

A teherautó tárolóját nagyon vékony tapadás gátlóval kell bevonni. A gumival modifikált aszfalt nagyon magas tapadóereje miatt a szállítójárműveket nagyon alaposan kell tisztítani, amit figyelembe kell venni a logisztikai tervezés során.

• Tárolás „big bag”-ben vagy „supersack”-ben:

A tároló zsákokat tető alatt kell tartani, hogy megvédjük őket a nedvességtől és a napsugárzástól. Hogy megakadályozzuk az anyag csomósodását, nem szabad két méternél magasabbra halmozni a tároló zsákokat.

• Hozzáadás a keverékhez:

A gumirészecskéket egy automatikus adagoló rendszer segítségével juttathatjuk a keverőbe. Ha kézi adagolással dolgozunk, az egy adagra való anyag tárolására szolgáló műanyag zsák méretét kell a keverési receptnek megfelelően beállítani.

• Keverési folyamat:

A modifikált gumiőrleménnyel vagy gumiaprítékkal módosított bitument közvetlenül hozzáadjuk az adalék és a töltőanyag keverékéhez. A bitument egy rövid ideig tartó száraz keverés után (kb. 10 másodperc) adjuk hozzá. Az elkeveredéshez, végterméktől függően 30 másodpercig terjedő időtartamra van szükség.

• A gumival modifikált aszfalt terítése:

• A finisher megfelelő részeit vékony rétegben tapadás gátlóval kell bevonni.

• Nem szabad pneumatikus kerekű hengert használni.

• A felszerelés további tisztítása szükséges lehet.

• Ne készítsük el a burkolatot, ha a környező hőmérséklet alacsony.

• Ne várjunk (túl sokáig), mielőtt elkezdjük a finisher mögött a tömörítést.

A gumival módosított bitumen a különböző alkalmazási területeken

Gumival módosított bitumenes aszfaltkeverékek

• Repedések javítására a magasabb (gumival modifikált) kötőanyag-tartalmú aszfaltkeverék jobban használható, mint a (nem modifikált) hagyományos aszfaltkeverék - javítja a repedéssel, deformálódással (nyomvályú képződés) és oxidációval (elöregedés) szembeni ellenállást, javítja a keverék stabilitását és csökkenti a forgalom zaját.

• A gumival módosított bitument nagy hézagtartalmú aszfalt (Porous Asphalt/PA) gyártásához is felhasználhatjuk. A kötőanyag magas viszkozitása következtében magasabb kötőanyag-tartalommal dolgozhatunk. Ezáltal vastagabb bitumenfilm képződik, mely tartósabb és nedvességgel szemben ellenállóbb keveréket eredményez.

Feszültségelnyelő membrán (SAM) - hézaglezárás

Célja, hogy tartós, vízálló membránt biztosítson.

Feszültségelnyelő réteg (SAMI)

A SAMI hasonló alkalmazás, mint a SAM, kivéve hogy a SAMI esetében még egy plusz réteget teszünk rá, amely lehet egy meleg aszfalt felsőréteg.

Repedés-tömítés

Ez az alkalmazás hasonló a SAM-hoz, kivéve hogy arányaiban sokkal kisebb és felhasználása során a kötőanyagot belepréseljük a repedésekbe.

Milyen előnyökkel jár a gumibitumen alkalmazása?

A nedves eljárással előállított gumival modifikált aszfalt már publikált előnyei:

• modifikált aszfalt burkolórétegként: a zárt felületű, gumival modifikált aszfalt hatékony lehet csökkentett vastagságban, valamint a nyitott felületű gumi-aszfalt burkolóréteg tartósabb melegebb klímájú területen, összehasonlítva a hagyományos burkolórétegekkel.

• hézagkiöntés során (SAM és SAMI): hatékonyan csökkenti, bár meg nem szünteti a reflexiós repedést, különösen melegebb klímájú területeken.

 

Egyes esetekben az RMA keverékek vékonyabban teríthetők, mint a hagyományos zárt felületű keverékek, ezáltal költségtakarékosabbak. További tény, hogy egyes gumival modifikált aszfaltrétegek jól csökkentik a forgalmi zajt.

Az előnyöket az alábbiakban foglalhatjuk össze:

• A megnövekedett viszkozitás vastagabb bitumen filmréteg képződését eredményezi a burkoló keverékben, anélkül hogy túlzottan lefolyna a réteg aljára, vagy feltócsásodna.
• A magasabb bitumentartalom és annak elasztikussága révén jobb az ellenálló képesség a felületi eredetű, a fáradási, valamint a reflexiós repedéssel szemben.
• Magasabb fokú az ellenállás az elöregedéssel és az oxidációval szemben a magasabb kötőanyag-tartalom, a vastagabb kötő filmréteg és a gumiban lévő anti-oxidánsok révén.
• Jobb az ellenálló képesség a tartós deformációval (nyomvályúsodás) szemben a magasabb viszkozitása, lágyuláspontja és rugalmassága (merevebb, magasabb hőmérsékleten is elasztikusabb) következtében.

Feladatok, korlátok és megoldandó problémák az RMA felhasználásában

• Megfelelő gumiőrlemény-előállító létesítmények a gyártás környezetében.
• Megfelelő keverő berendezések szükségessége.
• A keverék előkészítésének bonyolultsága.
• Az RMB-füst hatása a munkakörnyezetben dolgozók egészségére, illetve magára a munkakörnyezetre.
• A gumi-modifikált bitumen nem teljesen alkalmas a zárt felületű meleg aszfalthoz való felhasználásra.
• Még nagyobb feladatot jelenthet a beépítés, mert a hőmérsékleti igények jóval kritikusabbak. A gumi-modifikált aszfaltot magasabb hőmérsékleten kell tömöríteni, mint a nem modifikált kötőanyagú HMA-ból gyártott zárt felületű keverékeket, ugyanis a gumi – polimerként – magas hőmérsékleten merevíti meg a kötőanyagot. A durva kátyúzó keverékeket is bonyolultabb tömöríteni, az adalékanyag szerkezetének „kő a kövön” - természete miatt.
• Problémák a szagkibocsátással.
• Az RMB tárolási ideje korlátozott, a keverés után 48 óráig tarthat. Ez azon tény következménye, hogy a gumiőrlemény a bitumen organikus olajait oly mértékben feloldja, hogy már lehetetlen elérni a minimumként meghatározott viszkozitást, még akkor is, ha kevesebb gumiőrleményt adagoltunk, mint az előírt érték.

Egészségügyi, biztonsági és környezetvédelmi tényezők

Jelenlegi eredmények alapján a gumival modifikált aszfalt nem jelent a hagyományos aszfalttól eltérő mértékű érintkezést füsttel, aeroszolokkal és PAH-tartalommal (polycyclic aromatic hydrocarbons). 180 °C-on vagy magasabb hőmérsékleten meg nem határozott bomlástermékek és reagáló szubsztanciák jelennek meg.

Az újrafelhasználhatóságot még nem vizsgálták eléggé, mivel az aszfalt-adalékanyagokon képződő bitumen film részben melegített a párhuzamos dobban, amely aztán 180 °C-os vagy magasabb hőmérséklethez vezet. Az ismeretek jelen állása szerint a gumi-modifikált aszfalt technikai értelemben ugyanolyan mértékben újrafelhasználható, mint a hagyományos aszfaltkeverékek olyan kötőanyagokkal, melyek megfelelnek az alapbitumen specifikációjának.

Milyen jövője lehet Magyarországon?

Az újrafeldolgozott gumi jelentőségét mutatja, hogy a gumi-modifikált aszfalt mellett fel lehet használni új gumiabroncs gyártásához, gumiabroncs-eredetű üzemanyagként, különböző mérnöki létesítményekben, öntött gumiból készült termékekben, mezőgazdasági területeken, rekreációs- és sportlétesítményekben. Az eszköz sikerét az is bizonyítja, hogy néhány országban a jogszabályozás előírja, gumi-modifikált aszfaltot kell használni az útburkoláshoz. Ennek legfőbb oka a már publikált előnyökben van: magasabb ellenállás a maradandó alakváltozással és a reflexiós repedéssel szemben, jobb tartósság, nagyobb ellenállás a gumiabroncs okozta károsodással szemben, jobb vízelvezetés, alacsonyabb zajszint.

A hazai alkalmazás mindezek miatt egyértelmű előrelépés lenne, ám ennek több fontos feltétele van:

• ÚME módosítás - e-UT 05.01.25. - (Munkacím: Gumival modifikált bitumen (GmB) útépítési alkalmazásra. Követelmények.) c. műszaki előírás jóváhagyása.
• Legyen megrendelői akarat a gumibitumennel készülő aszfalt keverékek alkalmazására.
• Az ára ne legyen magasabb az 50/70-es normál bitumen áránál.

A magyarországi első nagyobb volumenű kísérleti AC-11 kopó GmB 40/85-55 aszfaltkeverék beépítése a Duna Aszfalt Kft. által a 3121. j. ök. úton, 8 km hosszúságban, közel 5.500 to kopóréteg építéséhez használt mintegy 260-280 to gumibitument (GmB 40/85-55 aszfaltkeverék) felhasználásával történt. Ennek során kísérleti gyártás és a beépítés is megmutatta, hogy a feltételek biztosítása esetén komoly lehetőség a gumibitumen kötőanyagú, modifikált aszfaltkeverékek alkalmazása az útépítés területén.