2019.09.15, Vasárnap
Egy komoly esély a hazai útépítésben: a gumibitumen

Egy komoly esély a hazai útépítésben: a gumibitumen

2015.11.13. 06:25 - Oltyán József

Vannak országok, ahol már törvény írja elő a gumiabroncsok újrahasznosításával előállított aszfalt használatát az útburkoláshoz. A gumimodifikált aszfaltot Magyarországon először a Duna Aszfalt Kft alkalmazta egy 8 km-es útszakasz megépítésekor, a tapasztalatok komoly előnyöket mutatnak a hagyományos eljáráshoz képest: magasabb ellenállás a deformációval és a repedésekkel szemben, tartósság, alacsonyabb zajszint és jobb vízelvezetés. A gumibitumenben rejlő lehetőségekről és a bevezetéséhez szükséges háttérről Lehel Zoltán, a Duna Aszfalt innovációs főmérnöke készített elemzést.

Hirdetés

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.

Duna Aszfalt Kft.Útépítésgumibitumen

Hírlevél

Hirdetés

Hirdetés