Recyklácia za studena na mieste (CIR) je metóda obnovy vozovky, pri ktorej sa existujúce asfaltové vrstvy frézujú, miešajú s recyklačnými prísadami (emulzia alebo penový asfalt) a prípadne s panenským kamenivom pri okolitej teplote, potom sa znovu pokládkujú a zhutňujú – všetko na mieste bez zahrievania. Zahŕňa proces CIR, súpravu zariadení, návrh zmesi, štrukturálny prínos, požiadavky na obrusnú vrstvu a kontrolu.
{{
Recyklácia za studena na mieste (CIR) je technika obnovy vozovky definovaná Federálnou správou diaľnic (FHWA) a Asociáciou pre recykláciu a obnovu asfaltu (ARRA) ako metóda, pri ktorej sa existujúce materiály asfaltovej vozovky opätovne používajú na mieste bez aplikácie tepla. Proces zahŕňa frézovanie časti existujúcej asfaltovej vozovky – typicky medzi 50 a 125 mm (2 až 5 palcov) – drvenie a preosievanie frézovaného materiálu na výrobu získaného asfaltového materiálu (RAP), miešanie RAP so živičnou recyklačnou prísadou a prípadnými prísadami, a potom ukladanie a zhutňovanie recyklovanej zmesi – všetko v nepretržitej operácii na vozovke. CIR opätovne používa 100 percent vyrobeného RAP počas procesu, čo z neho robí jednu z materiálovo najefektívnejších dostupných metód obnovy.
CIR je klasifikovaná ako metóda čiastočne hĺbkovej recyklácie podľa smerníc ARRA. Tým sa odlišuje od hĺbkovej recyklácie (FDR), ktorá ošetruje súdržné asfaltové vrstvy aj podkladové nesúdržné podkladové alebo podložné materiály. Typická hĺbka ošetrenia CIR je 75 až 100 mm (3 až 4 palce), pričom hĺbky až 50 mm (2 palce) sú možné tam, kde je podkladová podpora silná, a až 125 mm (5 palcov) je dosiahnuteľných, ak je možné dosiahnuť správne zhutnenie. Recyklovaná vrstva CIR funguje ako stabilizovaná podkladová vrstva, ktorá musí dostať obrusnú vrstvu – ako je nadložná vrstva z horúcej asfaltovej zmesi (HMA), kameninový zásyp alebo mikrokoberec – aby poskytla oteruvzdorný jazdný povrch.
Environmentálne a ekonomické prínosy CIR sú značné. V porovnaní s konvenčnou rekonštrukciou frézovaním a výplňou CIR znižuje emisie skleníkových plynov (GHG) počas výstavby až o 90 percent, eliminuje potrebu odvozu RAP z miesta a dovozu panenského kameniva, znižuje spotrebu energie elimináciou sušenia kameniva a zahrievania výroby HMA a prináša úspory nákladov projektu 20 až 50 percent. Proces tiež zachováva existujúcu geometriu vozovky, udržiava mostné výšky a odkryté obrubníky a zvyčajne umožňuje obnovenie dopravy do jednej hodiny po zhutnení. Tieto vlastnosti robia z CIR čoraz preferovanejšiu stratégiu obnovy pre diaľničné agentúry spravujúce starnúce asfaltové siete s obmedzenými rozpočtami.
{{
Proces CIR sa vykonáva pomocou súpravy špecializovaných zariadení, ktorej konfigurácia sa pohybuje od jednojednotkových strojov až po viacjednotkové súpravy. Výber konfigurácie zariadenia závisí od rozsahu projektu, požiadaviek na výrobu, potrieb spracovania RAP a geometrických obmedzení. Štyri primárne konfigurácie zariadení uznávané Asociáciou pre recykláciu a obnovu asfaltu (ARRA) sú: jednojednotková súprava, dvojjednotková súprava, viacjednotková súprava a jedno-strojová/rekultivačná konfigurácia.
V jednojednotkovej konfigurácii vykonáva jeden samostatný stroj frézovanie, vstrekovanie recyklačnej prísady, miešanie a ukladanie v jednom prejazde. Stroj obsahuje reznú hlavu (rotačný bubon s hrotmi s karbidovým hrotom), ktorá frézuje existujúcu vozovku do špecifikovanej hĺbky a priečneho sklonu. RAP vyrobený reznou hlavou sa spracúva v komore stroja, kde sa drví a triedi pomocou vnútorných lámacích tyčí a sít. Recyklačná prísada (emulgovaný asfalt alebo penový asfalt) sa vstrekuje priamo do miešacej komory v množstve riadenom objemovo na základe šírky a hĺbky rezu a rýchlosti posunu jednotky. Zmiešaný materiál sa ukladá na vozovku cez hladiaci štít, ktorý poskytuje počiatočné tvarovanie a predzhutnenie, čím vzniká jednotná vrstva pripravená na valcové zhutnenie. Jednojednotková súprava ponúka jednoduchosť a zníženú mobilizáciu zariadenia, ale poskytuje menšiu kontrolu nad veľkosťou RAP a dávkovaním recyklačnej prísady v porovnaní s viacjednotkovými konfiguráciami.
Dvojjednotková súprava oddeľuje funkciu frézovania za studena od funkcií miešania a pokládky. Fréza na celú šírku jazdného pruhu (frézovací stroj) odstraňuje existujúcu asfaltovú vozovku do špecifikovanej hĺbky, pričom RAP je dopravovaný do nákladných áut alebo priamo do druhej jednotky. Druhá jednotka je miešací finišér, ktorý obsahuje hnetací miešač, systém vstrekovania recyklačnej prísady a hladiaci štít finišéra. RAP sa privádza do zásobníka miešacieho finišéra, kde sa váži na pásovej váhe, čo umožňuje presné dávkovanie podľa hmotnosti recyklačnej prísady – čo je významná výhoda kontroly kvality oproti objemovému dávkovaniu používanému v jednojednotkových súpravách. Recyklačná prísada a prísady sa miešajú s RAP v hnetacom miešači a zmes sa vypúšťa do radla alebo priamo do hladiaceho štítu finišéra na uloženie. Dvojjednotková konfigurácia poskytuje väčšiu kontrolu nad pomermi zmesi a je preferovaná pre väčšie projekty vyžadujúce konzistentnú kvalitu výroby.
Najsofistikovanejšou konfiguráciou je viacjednotková súprava, ktorá pridáva samostatnú drviacu a trieďaciu jednotku medzi frézu a miešací finišér. V tejto konfigurácii fréza frézuje vozovku, RAP je dopravovaný do samostatnej drviacej/trieďacej jednotky, ktorá kontroluje maximálnu veľkosť častíc a vytvára dobre zrnitý materiál, a triedený RAP je potom prenesený do miešacieho finišéra na pridanie recyklačnej prísady a uloženie. Viacjednotková súprava poskytuje vynikajúcu kontrolu zrnitosti a odporúča sa, keď existujúca vozovka obsahuje veľké kamenivo alebo keď návrh zmesi špecifikuje prísne požiadavky na zrnitosť. Niektoré viacjednotkové súpravy tiež zahŕňajú usporiadanie so zberom radla, kde fréza vypúšťa RAP do radla na krajnici a samostatný zberný stroj vybavený elevátorom radla privádza RAP do drviacej/trieďacej jednotky a nakoniec do miešacieho finišéra.
Bez ohľadu na konfiguráciu súpravy CIR sa zhutnenie vykonáva pomocou rovnakých typov valcov, aké sa používajú pri stavbe HMA. Štandardná postupnosť valcovania zvyčajne zahŕňa: (1) ťažký pneumatikový valec (najmenej 25 ton) na počiatočné rozrušenie a miesenie, ktoré pretavuje častice RAP; (2) vibračný oceľový valec na medziľahlé zhutnenie na dosiahnutie hustoty; (3) dokončovací pneumatikový valec na utesnenie povrchu a zahladenie stôp po valcoch. Cieľová hustota zhutnenia je typicky 96 až 98 percent maximálnej suchej hustoty stanovenej modifikovanou Proctorovou skúškou (ASTM D1557 / AASHTO T 180). Vzory valcovania musia byť stanovené počas kontrolného pruhu a overené počas výroby. Správne zhutnenie je jediným najkritickejším faktorom ovplyvňujúcim výkonnosť CIR, pretože nedostatočná hustota vedie k predčasnému rozvoľňovaniu, poškodeniu vlhkosťou a štrukturálnemu zlyhaniu.
Výber recyklačnej prísady je ústredným prvkom návrhu zmesi a výkonnosti CIR. V CIR sa používajú dva primárne typy živičných recyklačných prísad: emulgovaný asfalt a penový asfalt. Chemické prísady ako portlandský cement, hydratované vápno alebo popolček sa často používajú v spojení s oboma typmi na urýchlenie nárastu ranej pevnosti, zvýšenie odolnosti voči vlhkosti a zlepšenie charakteristík vytvrdzovania.
Emulgovaný asfalt pozostáva z mikroskopických kvapôčok asfaltového spojiva suspendovaných vo vode s emulgačnou prísadou (typicky katiónové alebo aniónové povrchovo aktívne látky). Emulzia je kvapalná pri okolitej teplote, čo umožňuje miešanie so studeným, vlhkým RAP bez potreby tepla. Po uložení a zhutnení emulzia praská – voda sa oddeľuje od asfaltových kvapôčok – a voda sa odparuje počas obdobia vytvrdzovania, pričom zanecháva recyklované asfaltové spojivo obaľujúce častice kameniva. Bežné triedy emulzie používané v CIR zahŕňajú CMS-2 (katiónová stredne tuhnúca), CSS-1 (katiónová pomaly tuhnúca) a HFMS-2 (vysoko-plávajúca stredne tuhnúca). Výber triedy emulzie závisí od vlastností RAP, okolitej teploty, obsahu vlhkosti a požiadaviek harmonogramu projektu. Dávkovanie emulzie sa typicky pohybuje od 1,5 do 3,5 percent zvyškového asfaltu hmotnostne voči RAP, stanovené návrhom zmesi. CIR na báze emulzie vyžaduje dobu vytvrdzovania 3 až 7 dní (v závislosti od poveternostných podmienok), kým je možné aplikovať obrusnú vrstvu.
Penový asfalt (tiež nazývaný expandovaný asfalt) sa vyrába vstrekovaním malého množstva studenej vody (typicky 2 – 3 % hmotnosti spojiva) a stlačeného vzduchu do horúceho asfaltového spojiva (160 – 180 °C) vo vnútri špeciálne navrhnutej expanznej komory. Voda sa okamžite odparí na paru, čo spôsobí, že asfalt pení a expanduje na približne 15 až 20-násobok svojho pôvodného objemu. Penový asfalt má dramaticky zníženú viskozitu, čo mu umožňuje efektívne obaľovať studené, vlhké častice RAP. Po zmiešaní a zhutnení pena kolabuje, keď spojivo chladne, a vracia sa do svojho pôvodného viskózneho stavu. Penoasfaltová CIR ponúka niekoľko výhod: (1) možno ju použiť s vlhkým RAP bez sušenia; (2) poskytuje dobré obalenie aj pri vysokom obsahu jemných častíc RAP; (3) zmes možno sprístupniť doprave skôr (často do 1 – 2 hodín); a (4) eliminuje potrebu odparovania vody na vytvrdnutie. Penový asfalt sa typicky aplikuje v dávke 2,0 až 3,5 percent zvyškového spojiva hmotnostne voči RAP. Peniace charakteristiky sa kvantifikujú pomocou expanzného pomeru a polčasu rozpadu, meraných podľa smerníc AASHTO PP 94.
Aktívne prísady sú kritickými zložkami mnohých návrhov zmesí CIR, najmä keď sa vyžaduje zlepšená ranná pevnosť alebo odolnosť voči vlhkosti. Portlandský cement je najbežnejšou prísadou, používanou v dávkach 1,0 až 2,0 percent hmotnosti RAP. Pridanie cementu plní niekoľko funkcií: poskytuje počiatočnú tuhosť a rannú pevnosť prostredníctvom hydratácie, pôsobí ako plnivo na zlepšenie obsahu jemných častíc v zmesi a zvyšuje priľnavosť medzi recyklačnou prísadou a časticami RAP. Hydratované vápno sa používa v podobných dávkach na zlepšenie odolnosti voči vlhkosti a zníženie potenciálu odlupovania v RAP obsahujúcom kamenivo náchylné na vlhkosť. Popolček a mletá granulovaná vysokopecná troska (GGBFS) sa používajú príležitostne ako doplnkové cementačné materiály. Typ a dávkovanie prísady sa určujú počas návrhu zmesi na základe požiadaviek na cieľovú rannú pevnosť a skúšania citlivosti na vlhkosť.
| Recyklačná prísada | Dávkovanie (% zvyškového asfaltu) | Doba vytvrdzovania | Výhody | Kľúčové normy |
|---|---|---|---|---|
| Emulgovaný asfalt (CMS-2, CSS-1, HFMS-2) | 1,5 – 3,5 % | 3 – 7 dní | Overená história; vynikajúce obalenie; široká dostupnosť tried | AASHTO PP 86-17; ARRA CR201 |
| Penový asfalt | 2,0 – 3,5 % | 1 – 2 hodiny | Rýchle vytvrdzovanie; tolerancia voči vlhkému RAP; skoré sprístupnenie doprave | AASHTO PP 94; ARRA CR202 |
| Portlandský cement (prísada) | 1,0 – 2,0 % (hmotn. RAP) | N/A (používa sa s emulziou alebo penou) | Ranná pevnosť; odolnosť voči vlhkosti; zlepšená tuhosť | ASTM C150; AASHTO M85 |
Formálny návrh zmesi je nevyhnutný pre CIR na zabezpečenie spoľahlivej výkonnosti. Na rozdiel od návrhu zmesi HMA (Superpave alebo Marshall) musí návrh zmesi CIR zohľadňovať jedinečné vlastnosti studených zmesí: časovo-teplotné účinky v dôsledku prítomnosti vody, pomalšiu rýchlosť zmäkčovania spojiva a zmeny vlastností zmesi s vytvrdzovaním. Štandardné postupy návrhu zmesi CIR sú publikované ARRA ako CR201 (emulzná CIR) a CR202 (penoasfaltová CIR) a AASHTO ako PP 86-17 (emulzná) a PP 94 (penoasfaltová). Proces návrhu zmesi nasleduje tieto postupné kroky:
Reprezentatívne vzorky existujúcej vozovky sa musia získať z viacerých miest po celej dĺžke projektu. Minimálny odber vzoriek zvyčajne vyžaduje päť až šesť vzoriek na projekt alebo jednu vzorku na mílu jazdného pruhu pre väčšie projekty. Jadrové vzorky sa odoberajú v celej hrúbke asfaltu a otvory po jadrových vzorkách sa používajú na posúdenie pevnosti podložia pomocou dynamického kužeľového penetrometra (DCP) alebo vizuálnej kontroly. Vzorky RAP sa získavajú drvením jadrových vzoriek v laboratórnom čeľusťovom drviči na replikáciu distribúcie veľkosti častíc produkovanej frézovacím procesom CIR. RAP sa testuje na: (1) obsah asfaltového spojiva (AASHTO T 164); (2) zrnitosť extrahovaného kameniva (AASHTO T 27); (3) vlastnosti starnutého spojiva vrátane penetrácie pri 25 °C (AASHTO T 49) a absolútnej viskozity pri 60 °C (AASHTO T 202); a (4) obsah vlhkosti RAP.
Vlastnosti starnutého asfaltového spojiva usmerňujú výber typu a triedy recyklačnej prísady. Spojivo, ktoré výrazne stvrdlo (penetrácia pod 20 dmm alebo viskozita nad 50 000 poises), môže vyžadovať mäkšiu recyklačnú prísadu alebo vyššie dávkovanie na obnovenie konzistencie spojiva do cieľového rozsahu. Cieľom recyklácie pri CIR nie je nevyhnutne obnoviť spojivo na jeho pôvodnú penetráciu, ale dosiahnuť dostatočné zmäkčenie spojiva na výrobu spracovateľnej, zhutniteľnej zmesi, ktorá vyvinie primeranú pevnosť počas vytvrdzovania.
Pripravujú sa skúšobné zmesi s rôznym obsahom recyklačnej prísady (typicky 1,0 % až 4,0 % v prírastkoch 0,5 %) a dávkovaním prísad. RAP sa mieša s predurčeným obsahom vlhkosti pred zmiešaním (pri použití emulzie) alebo s penovým asfaltom pri špecifikovaných parametroch penenia. Zmes sa zhutňuje pomocou Marshallovho kladiva (50 úderov na stranu) alebo Superpave gyrátorového zhutňovača (30 gyratácií) na výrobu skúšobných telies. Zhutňovanie sa vykonáva ihneď po zmiešaní pre penový asfalt a po krátkom období vytvrdzovania pre emulzné zmesi.
Pre CIR na báze emulzie sú skúšobné telesá podrobené urýchlenému vytvrdzovaniu na simuláciu podmienok vytvrdzovania v teréne. Štandardný protokol vytvrdzovania zahŕňa sušenie v peci pri 60 °C (140 °F) počas 48 hodín na odstránenie vlhkosti, po ktorom nasleduje ochladenie na izbovú teplotu pred testovaním. Pre penoasfaltovú CIR možno použiť kratšiu dobu vytvrdzovania (typicky 24 hodín pri 40 °C).
Vytvrdené skúšobné telesá sa testujú na: (1) nepriamu pevnosť v ťahu (ITS) – miera odolnosti voči ťahovému praskaniu, typicky vykonávaná na suchých a upravených (vlhkosťou upravených) vzorkách na vyhodnotenie náchylnosti na vlhkosť; (2) pomer zachovanej pevnosti v ťahu – pomer upravenej k suchej ITS, ktorý musí typicky presahovať 0,70 (70 %) pre prijateľnú odolnosť voči vlhkosti; (3) rezilientný modul (Mr) – miera únosnosti používaná pre vstupy štrukturálneho návrhu; a (4) suchá hustota – overená na zabezpečenie dosiahnuteľnosti cieľov zhutnenia. Optimálny obsah recyklačnej prísady sa vyberá na základe maximálnej ITS, primeraných medzier a prijateľnej odolnosti voči vlhkosti.
CIR je navrhnutá ako stabilizovaná podkladová vrstva v rámci štrukturálneho profilu vozovky. Štrukturálny prínos vrstvy CIR sa kvantifikuje prostredníctvom koeficientu štrukturálnej vrstvy (a-koeficient) v Sprievodcovi navrhovaním vozoviek AASHTO z roku 1993 alebo prostredníctvom modulov vrstiev v rámci rámca AASHTOWare Pavement ME Design.
Koeficient štrukturálnej vrstvy pre zmesi CIR sa typicky pohybuje od 0,25 do 0,44, pričom mnohé diaľničné agentúry používajú hodnoty medzi 0,30 a 0,35 pre bežný návrh. Príspevok štrukturálneho čísla (SN) vrstvy CIR sa vypočíta ako:
SN_CIR = a_CIR × D_CIR
Kde D_CIR je hrúbka vrstvy CIR v palcoch. Pre 4-palcovú vrstvu CIR s koeficientom 0,35 je príspevok SN 1,40 – čo zodpovedá približne 4,7 palcom granulárneho podkladu s koeficientom 0,30. Nedávny výskum Virgínskeho ministerstva dopravy (VDOT) na testovacích úsekoch diaľnice Interstate 81 preukázal, že CIR s optimalizovanými návrhmi zmesí môže dosiahnuť koeficienty štrukturálnej vrstvy 0,36 až 0,44, čo je výrazne viac ako tradične predpokladané hodnoty. Tieto vyššie hodnoty odrážajú zlepšené návrhy zmesí, lepšiu kontrolu zhutnenia a použitie aktívnych prísad, ako je cement.
Keď sa CIR používa ako súčasť stratégie obnovy, ktorá zahŕňa HMA nadložnú vrstvu, hrúbka nadložnej vrstvy sa určuje konvenčným štrukturálnym návrhom vozovky. Štrukturálna kapacita existujúcej vozovky sa posudzuje pomocou merania priehybu FWD, testovania DCP alebo jadrových vzoriek na stanovenie hrúbok vrstiev a vlastností materiálu. Požadovaná hrúbka nadložnej vrstvy sa vypočíta ako rozdiel medzi požadovaným štrukturálnym číslom (SN_req) pre budúcu dopravu a existujúcim štrukturálnym číslom (SN_existing) plus príspevok vrstvy CIR (SN_CIR). Celkové štrukturálne číslo po rehabilitácii CIR je:
SN_total = SN_existing_base + SN_CIR + SN_overlay
V rámci rámca AASHTOWare Pavement ME Design sú zmesi CIR charakterizované svojím dynamickým modulom (|E|)* a rezilientným modulom (Mr). Projekt NCHRP 9-51 (Materiálové vlastnosti betónu recyklovaného za studena na mieste a hĺbkovej recyklácie asfaltu pre návrh vozoviek) vyvinul mechanistické vlastnosti pre zmesi CIR, pričom stanovil, že materiály CIR majú hodnoty dynamického modulu približne o 50 percent nižšie ako typická HMA, ale vykazujú správanie podobné HMA podkladovým zmesiam. Dokončenie NCHRP 9-51 poskytuje usmernenie pre začlenenie vrstiev CIR do analýzy Pavement ME Design, čo umožňuje presnejšiu predpoveď výkonnosti pre vozovky obnovené pomocou CIR.
Hoci bola CIR tradične obmedzená na cesty s nízkou až strednou intenzitou dopravy, moderná CIR bola úspešne použitá na aplikácie s vysokou dopravnou záťažou vrátane diaľnic medzištátneho významu. Projekt VDOT na diaľnici Interstate 81 preukázal CIR s HMA nadložnou vrstvou prenášajúcou viac ako 10 miliónov ESAL (pravý jazdný pruh) s vynikajúcou výkonnosťou – hĺbka vyjazdených koľají 0,1 palca a IRI 44 palcov na mílu po 5 rokoch a 10 miliónoch ESAL. Na NCAT Test Track úseky CIR a CCPR dostali viac ako 15 miliónov ESAL s hĺbkou vyjazdených koľají približne 0,3 palca bez štrukturálneho praskania. Kľúčové požiadavky pre CIR s vysokou dopravnou záťažou sú: (1) správny štrukturálny návrh zahŕňajúci príspevok vrstvy CIR; (2) primeraná hrúbka HMA nadložnej vrstvy; (3) použitie aktívnych prísad (cement) pre rannú pevnosť; a (4) prísna kontrola kvality počas výstavby.
Vrstva CIR nie je konečným obrusným povrchom. Musí byť prekrytá obrusnou vrstvou, ktorá poskytuje odolnosť proti oteru, vodotesnosť, odolnosť voči šmyku a hladký jazdný povrch. Výber obrusnej vrstvy závisí od úrovne dopravy, štrukturálnych požiadaviek, rozpočtu a cieľov projektu. Tri hlavné možnosti obrusnej vrstvy sú HMA nadložná vrstva, kameninový zásyp a mikrokoberec.
Najbežnejšou obrusnou vrstvou na CIR je HMA nadložná vrstva, typicky v hrúbke 1,5 až 4,0 palce (38 – 100 mm). HMA nadložná vrstva poskytuje štrukturálny prínos, hustý vodotesný povrch, vysokú odolnosť voči šmyku a vynikajúcu kvalitu jazdy. Pre cesty s vysokou dopravnou záťažou je minimálna hrúbka HMA nadložnej vrstvy typicky 2,0 až 3,0 palce. Spojovací postrek (CSS-1h emulzia v množstve 0,05 – 0,15 gal/yd² zvyškového dávkovania) sa aplikuje na vytvrdený povrch CIR pred pokládkou HMA na zabezpečenie spojenia medzi vrstvami. HMA nadložná vrstva na CIR môže byť zhotovená pomocou štandardného zariadenia na výrobu a pokládku HMA. Kombinovaný systém CIR + HMA poskytuje trvanlivé a dlhodobé riešenie obnovy vozovky.
Pre cesty s nízkou intenzitou dopravy poskytuje jednoduchý alebo dvojitý kameninový zásyp ekonomickú obrusnú vrstvu na CIR. Kameninový zásyp pozostáva z aplikácie emulgovaného asfaltu (typicky RS-2 alebo CRS-2 v množstve 0,30 – 0,50 gal/yd²), ktorý je ihneď prekrytý čistými, jednotne veľkými kameninovými drvinami (nominálna veľkosť 3/8 palca alebo 1/2 palca), ktoré sa zavalcujú pneumatikovými valcami na zapustenie drvín. Kameninový zásyp poskytuje vodotesný povrch, zlepšuje odolnosť voči šmyku a utesňuje vrstvu CIR proti prenikaniu vlhkosti. Dvojité kameninové zásypy (dve vrstvy emulzie a kameniva) poskytujú väčšiu trvanlivosť a sú vhodné pre mierne vyššiu úroveň dopravy. Kameninové zásypy na CIR vyžadujú správne vytvrdnutie vrstvy CIR (minimálne 3 – 7 dní pre CIR na báze emulzie) a starostlivé vykonanie na dosiahnutie primeraného zapustenia a udržania drvín.
Mikrokoberec je polymérmi modifikovaný kašovitý tesniaci systém, ktorý možno aplikovať na CIR v hrúbkach 3/8 až 3/4 palca (10 – 19 mm). Mikrokoberec poskytuje hustý, šmyku odolný, vodotesný obrusný povrch, ktorý rieši povrchové rozvoľňovanie, obnovuje trenie a predlžuje životnosť vozovky. Aplikuje sa pomocou špecializovaných kontinuálnych finišérov na mikrokoberec, ktoré miešajú emulgovaný asfalt, polymérmi modifikované kamenivo, cement, vodu a prísady, potom rozprestierajú zmes v tenkej vrstve. Mikrokoberec na CIR je vhodný pre cesty s dopravou až do stredného objemu a vyžaduje, aby CIR bola pred aplikáciou úplne vytvrdená.
Výber obrusnej vrstvy je riadený: (1) úrovňou dopravy – HMA nadložná vrstva pre vysokú dopravu, kameninový zásyp alebo mikrokoberec pre nízku až strednú dopravu; (2) štrukturálnou požiadavkou – HMA nadložná vrstva, keď je potrebná dodatočná štrukturálna kapacita; (3) rozpočtom projektu – kameninový zásyp najnižšie náklady, mikrokoberec mierne, HMA nadložná vrstva najvyššie; (4) požiadavkami na kvalitu jazdy – HMA nadložná vrstva poskytuje najhladší povrch; (5) harmonogramom výstavby – kameninový zásyp a mikrokoberec možno položiť rýchlo, zatiaľ čo HMA nadložná vrstva vyžaduje výrobu horúcej zmesi; a (6) klímou – kameninové zásypy fungujú najlepšie v suchom podnebí s miernymi teplotami, zatiaľ čo HMA nadložné vrstvy fungujú dobre vo všetkých klimatických podmienkach.
Pochopenie rozdielov medzi CIR, horúcou recykláciou na mieste (HIR) a hĺbkovou recykláciou (FDR) je nevyhnutné pre výber vhodnej stratégie obnovy. Každá metóda ošetruje rôzne vrstvy vozovky a je vhodná pre rôzne mechanizmy porúch.
CIR ošetruje 2 až 5 palcov (50 – 125 mm) iba súdržných asfaltových vrstiev. HIR ošetruje horných 0,75 až 2 palce (19 – 50 mm) asfaltového povrchu. FDR ošetruje 6 až 12+ palcov (150 – 300+ mm) vrátane asfaltových vrstiev, granulárneho podkladu a podložných materiálov. Hĺbka ošetrenia určuje, ktoré poruchy možno riešiť: CIR dokáže eliminovať trhliny a poruchy v rámci hĺbky asfaltovej vrstvy, HIR rieši povrchové poruchy a FDR dokáže riešiť štrukturálne problémy v podklade a podloží.
CIR pracuje výhradne za studena – na materiál vozovky sa neaplikuje žiadne teplo. HIR aplikuje teplo na zmäkčenie existujúceho asfaltového povrchu pred rozbrázdením a omladením – typicky pomocou batérie propánových infražiaričov alebo horúcovzdušného ohrievača, ktorý zvyšuje teplotu povrchu vozovky na 120 – 150 °C. FDR možno vykonávať za studena (s asfaltovou emulziou alebo penovým asfaltom ako recyklačnou prísadou) alebo s chemickými stabilizátormi (cement, vápno), ktoré nevyžadujú teplo. Absencia tepla pri CIR z nej robí energeticky najefektívnejšiu možnosť s najnižšími emisiami.
CIR používa emulgovaný asfalt alebo penový asfalt na omladenie starnutého spojiva a zabezpečenie spojenia recyklovanej zmesi. Vrstva CIR funguje ako stabilizovaná podkladová vrstva. HIR používa omladzovaciu prísadu (ľahký olej alebo prísadu na báze emulzie), ktorá obnovuje konzistenciu starnutého spojiva na výrobu obrusnej vrstvy, ktorá môže byť okamžite použitá ako konečný povrch. FDR používa cement, vápno, asfaltovú emulziu alebo penový asfalt – výber závisí od požadovaných vlastností materiálu – na vytvorenie stabilizovanej podkladovej vrstvy. Vrstva FDR je vždy prekrytá obrusnou vrstvou.
CIR vždy vyžaduje obrusnú vrstvu (HMA nadložnú vrstvu, kameninový zásyp alebo mikrokoberec). HIR typicky nevyžaduje obrusnú vrstvu – recyklovaný materiál je konečným obrusným povrchom, hoci môže dostať hmlový postrek alebo tenkú povrchovú úpravu. FDR vždy vyžaduje obrusnú vrstvu, typicky HMA nadložnú vrstvu hrúbky 2 – 4 palce.
| Parameter | Recyklácia za studena na mieste (CIR) | Horúca recyklácia na mieste (HIR) | Hĺbková recyklácia (FDR) |
|---|---|---|---|
| Hĺbka ošetrenia | 2 – 5 palcov (50 – 125 mm) | 0,75 – 2 palce (19 – 50 mm) | 6 – 12+ palcov (150 – 300+ mm) |
| Vyžadované teplo | Nie (okolitá teplota) | Áno (120 – 150 °C ohrev povrchu) | Nie |
| Recyklačná prísada | Emulgovaný alebo penový asfalt (+ cement/vápno) | Omladzovacia prísada (na báze oleja) | Cement, vápno, asfaltová emulzia alebo penový asfalt |
| Funkcia vrstvy | Stabilizovaná podkladová vrstva | Obrusná vrstva (konečný povrch) | Stabilizovaná podkladová vrstva |
| Požadovaná obrusná vrstva | Áno (HMA, kameninový zásyp, mikrokoberec) | Typicky nie | Áno (HMA nadložná vrstva) |
| Typická vhodnosť pre dopravu | Nízka až vysoká (až 10M+ ESAL) | Nízka až stredná | Nízka až stredná |
| Úspora nákladov oproti frézovaniu a výplni | 20 – 50 % | 15 – 30 % | 25 – 50 % |
Výkonnosť vozoviek obnovených pomocou CIR je dobre zdokumentovaná prostredníctvom dlhodobých štúdií vykonaných diaľničnými agentúrami a výskumnými inštitúciami. Pri správnom navrhnutí, zhotovení a spárovaní s vhodnou obrusnou vrstvou vykazujú vozovky CIR životnosť 15 až 25 rokov predtým, než vyžadujú veľkú obnovu, pričom limitujúcim faktorom je často životnosť obrusnej vrstvy, nie samotnej vrstvy CIR.
CIR je vysoko účinná pri zmierňovaní porúch nesúvisiacich so zaťažením v rámci hĺbky ošetrenia. Pozdĺžne trhliny, priečne (teplotné) trhliny, blokové trhliny, rozvoľňovanie, oxidácia a menšie vyjazdené koľaje (v rámci asfaltovej vrstvy) sú procesom CIR eliminované, pretože celá popraskaná vrstva je frézovaná, omladená a znovu zhutnená ako nová monolitická vrstva. Proces CIR tiež eliminuje reflexné praskanie z povrchu starej vozovky – keďže rovina trhliny je narušená a spojivo je omladené, trhliny, ktoré prenikajú z podkladových vrstiev, potrebujú výrazne dlhší čas na propagáciu cez vrstvu CIR. Dlhodobé hodnotenia vykonané University of Wyoming a Colorado DOT ukázali, že CIR výrazne znižuje frekvenciu priečnych trhlín v porovnaní s neošetrenými kontrolnými úsekmi, pričom počet trhlín sa znížil o 60 – 90 % počas 10-ročného monitorovacieho obdobia.
CIR poskytuje merateľné štrukturálne zlepšenie vozovky. Testovanie FWD pred a po výstavbe CIR typicky ukazuje 30 – 50 % zníženie povrchového priehybu, čo naznačuje zvýšenú štrukturálnu kapacitu. Toto štrukturálne zlepšenie umožňuje zníženú hrúbku HMA nadložnej vrstvy v porovnaní s frézovaním a výplňou, alebo predlžuje životnosť vozovky v kombinácii s rovnakou hrúbkou nadložnej vrstvy. Dlhodobá štrukturálna výkonnosť CIR závisí od pokračujúceho vytvrdzovania (zmesi na báze emulzie získavajú pevnosť počas 6 – 12 mesiacov, keď sa zvyšková vlhkosť rozptyľuje), zhutňovania dopravou (ďalšie zhutňovanie pod dopravou zlepšuje hustotu) a integrity obrusnej vrstvy pri zabraňovaní prenikaniu vlhkosti.
Kľúčové faktory ovplyvňujúce výkonnosť CIR zahŕňajú: (1) existujúci stav vozovky – CIR funguje najlepšie na vozovkách so zdravými podkladmi a dobrým odvodnením; (2) kvalita návrhu zmesi – správny výber a dávkovanie recyklačnej prísady sú kritické; (3) zhutnenie – dosiahnutie cieľovej hustoty je jediným najdôležitejším konštrukčným faktorom; (4) vytvrdzovanie – primeraný čas vytvrdzovania pred uložením obrusnej vrstvy zabraňuje zachytávaniu vlhkosti a oddeľovaniu vrstiev; (5) kvalita obrusnej vrstvy – obrusná vrstva chráni vrstvu CIR pred vodou, dopravným oterom a environmentálnym poškodením; (6) odvodnenie – nedostatočné odvodnenie je najčastejšou príčinou predčasného zlyhania CIR; a (7) doprava – vrstvy CIR sa naďalej zhutňujú pod dopravou, pričom medzery typicky klesajú z 12 – 15 % po výstavbe na 8 – 10 % po jednom roku dopravného zaťaženia.
Pri optimálnych parametroch výkonnosti – zdravý podklad, primeraný návrh hrúbky, správny návrh zmesi, vynikajúca kvalita výstavby, primerané vytvrdzovanie a vhodná obrusná vrstva – mnohé agentúry uvádzajú životnosť CIR 20 – 25 rokov, kým štrukturálny profil vyžaduje veľkú obnovu. Priemerná výkonnosť (dobré podmienky s menšími kompromismi v niektorých faktoroch) typicky poskytuje 12 – 18 rokov životnosti. Núdzová výkonnosť (okrajové podmienky, minimálna hrúbka nadložnej vrstvy alebo konštrukčné nedostatky) môže poskytnúť iba 5 – 10 rokov, kým je potrebná obnova. Náklady životného cyklu obnovy CIR typicky poskytujú úsporu čistej súčasnej hodnoty 30 – 50 % v porovnaní s konvenčnou rekonštrukciou počas 30-ročného analytického obdobia.
Kontrola zabezpečenia kvality výstavby CIR vyžaduje špecializované znalosti procesov recyklácie za studena. Inšpektor zohráva kritickú úlohu pri zabezpečení toho, aby prevádzka CIR bola v súlade so zmluvnou dokumentáciou a vytvárala trvanlivú, jednotnú a štrukturálne primeranú vrstvu vozovky. Asociácia pre recykláciu a obnovu asfaltu (ARRA) publikovala Základnú príručku recyklácie asfaltu (BARM) a postupy osvedčenej praxe, ktoré slúžia ako základné referencie pre kontrolu CIR.
Pred začatím výroby CIR musí inšpektor overiť: (1) súlad s návrhom zmesi – schválený návrh zmesi je k dispozícii a predpísaný typ, trieda a dávkovanie recyklačnej prísady sú správne; (2) kalibráciu zariadenia – systémy dávkovania recyklačnej prísady, pásové váhy a dávkovače prísad boli kalibrované do 72 hodín od výroby; (3) kontrolný pruh – skúšobný úsek (typicky 500 – 1000 stôp) bol zhotovený a vyhodnotený z hľadiska zhutnenia, rovnosti a vzhľadu; (4) prípravu povrchu – existujúca vozovka bola očistená od nečistôt, vegetácie a nevhodných materiálov; (5) vyhodnotenie podložia – slabé miesta identifikované testovaním FWD alebo DCP boli riešené zlepšením podložia alebo hlbším ošetrením; a (6) riadenie dopravy – dočasné plány riadenia dopravy sú implementované podľa bezpečnostných požiadaviek.
Počas výroby CIR inšpektor monitoruje: (1) hĺbku frézovania – overuje sa kontrolou ovládania hĺbky rezacieho bubna a meraním hĺbky frézovania v intervaloch 500 stôp pomocou hĺbkomeru alebo sondy; (2) zrnitosť RAP – vizuálne posúdenie plus periodická sitová analýza na potvrdenie maximálnej veľkosti častíc (typicky 1,5 – 2,0 palce) a neprítomnosti nadrozmerného materiálu; (3) dávkovanie recyklačnej prísady – overuje sa meraním hladiny v cisternách alebo údajmi z prietokomeru najmenej trikrát za zmenu; (4) dávkovanie prísad – overuje sa údajmi z pásovej váhy alebo výpočtom dávkovania pre cement alebo vápno aplikované pred súpravou; (5) obsah vlhkosti – celkový obsah vlhkosti uloženej zmesi (vrátane vody z emulzie, predzmáčacej vody a vlhkosti RAP) by mal byť v cieľovom rozsahu stanovenom v návrhu zmesi; (6) obalenie – vizuálne pozorovanie, že najmenej 50 % častíc RAP je obalených recyklačnou prísadou; (7) vzhľad vrstvy – jednotná farba a textúra bez segregácie, trhania alebo stôp po valcoch; (8) zhutnenie – testovanie jadrovým hustotomerom v intervaloch 500 stôp na overenie, že hustota spĺňa špecifikáciu (typicky 96 – 98 % modifikovanej Proctorovej maximálnej suchej hustoty); a (9) rovnosť – meraná 10-stopovým pravítkom, typicky vyžadujúca odchýlky menšie ako 3/16 palca.
Po uložení CIR a počas obdobia vytvrdzovania inšpektor overuje: (1) vytvrdzovanie – vrstva CIR je chránená pred dopravou, kým sa nevyvinie dostatočná pevnosť (typicky 1 – 24 hodín v závislosti od typu recyklačnej prísady a počasia); (2) hmlový postrek – ak je špecifikovaný, aplikuje sa rovnomerne na zabránenie povrchovému rozvoľňovaniu počas vytvrdzovania; (3) opätovné valcovanie – pre CIR na báze emulzie, opätovné valcovanie pneumatikovými valcami, keď teplota vozovky presiahne 27 °C (80 °F), na zníženie medzier; (4) jadrové vzorky – odoberajú sa po dostatočnom vytvrdnutí na overenie hrúbky a stanovenie hustoty; (5) stav povrchu – vizuálne posúdenie rozvoľňovania, trhlín alebo poškodenia vlhkosťou pred položením obrusnej vrstvy; a (6) spojovací postrek – overenie jednotného dávkovania a pokrytia pred HMA nadložnou vrstvou.
Akceptačné kritériá typicky zahŕňajú: (1) zhutnenie – priemerná hustota 96 – 98 % maximálnej suchej hustoty, pričom žiadna individuálna skúška nie je pod 94 %; (2) hrúbka – priemerná hrúbka CIR v rozmedzí ±0,25 palca od návrhu, pričom žiadna jednotlivá jadrová vzorka nie je viac ako 0,5 palca pod návrhom; (3) rovnosť – priemerný profilový index (PI) v medziach špecifikácie (typicky ≤ 5 palcov na mílu pre cesty vyššieho štandardu); (4) obsah recyklačnej prísady – v rozmedzí ±0,3 % cieľa receptúry zmesi; (5) obsah vlhkosti – v rámci prijateľného rozsahu špecifikovaného v návrhu zmesi; a (6) vizuálny vzhľad – žiadna segregácia, rozvoľňovanie alebo povrchové chyby.
Aplikácia CIR na letiskové vozovky je vznikajúcou praxou, ktorá ponúka významný potenciál pre úsporu nákladov a udržateľnosť. Zatiaľ čo CIR je dobre zavedená pre diaľničné vozovky, jej prijatie pre letiskové vozovky bolo obmedzené z dôvodu absencie špecifikácií FAA a štandardizovaných metód štrukturálneho návrhu pre recyklované vrstvy v letiskových vozovkách.
Súčasné obežníky FAA poskytujú minimálne usmernenie o recyklácii na mieste: AC 150/5320-6F (Návrh a hodnotenie letiskových vozoviek) obsahuje stručnú zmienku o FDR, ale žiadnu zmienku o CIR. AC 150/5370-10H (Výstavba letiskových vozoviek) zahŕňa položku P-207 pre FDR, ale neponúka žiadnu špecifikáciu CIR. Vyhlásenie o probléme ACRP (21-506, „Rozšírenie recyklácie za studena na mieste pre pružné letiskové vozovky“) bolo predložené na vypracovanie komplexného usmernenia pre použitie CIR a FDR pri obnove letiskových vozoviek, pokrývajúce rozhodovacie nástroje, špecifikácie materiálov, metódy štrukturálneho návrhu a procesy QA. FAA v súčasnosti nezohľadňuje CIR v rámci štandardného postupu návrhu FAARFIELD.
Napriek regulačným medzerám niekoľko letísk úspešne použilo CIR na obnovu vozoviek. Vzletová a pristávacia dráha 16/34 na letisku McKinnon St. Simons Island (Georgia) bola obnovená pomocou techník recyklácie na mieste. Letisko Spruce Creek (Florida) tiež využilo CIR. Medzinárodne letiská vrátane Frankfurtského letiska (Nemecko), Letiska Treviso (Taliansko) a Letiska Penticton (Kanada) implementovali recykláciu za studena pre letiskové vozovky. Tieto projekty preukázali, že CIR môže poskytnúť primeranú štrukturálnu podporu pre zaťaženie lietadlami, pričom znižuje náklady na obnovu o 25 – 40 % v porovnaní s konvenčnou rekonštrukciou frézovaním a nadložnou vrstvou.
Aplikácia CIR na letiskové vozovky vyžaduje zohľadnenie niekoľkých faktorov odlišných od diaľničných aplikácií: (1) štrukturálne požiadavky – zaťaženie lietadlami je podstatne vyššie ako zaťaženie diaľničnými nákladnými vozidlami, čo vyžaduje hrubšie vrstvy CIR (typicky 4 – 5 palcov) a/alebo vyššie koeficienty štrukturálnej vrstvy; (2) trvanlivosť zmesi – letiskové vozovky vyžadujú väčšiu odolnosť voči rozliatiu paliva, hydraulickej kvapaline a chemikáliám na odmrazovanie, čo môže vyžadovať polymérmi modifikované recyklačné prísady alebo špecializované prísady; (3) požiadavky na trenie – obrusná vrstva CIR musí poskytovať primerané trenie pre brzdenie lietadiel, čo vyžaduje drážkovanie alebo vhodný výber kameniva; (4) prevencia FOD – vrstva CIR a obrusná vrstva musia byť vysoko odolné voči rozvoľňovaniu, aby sa zabránilo cudzím predmetom (FOD), ktoré by mohli poškodiť prúdové motory; (5) prevádzkové obmedzenia – uzávierky letísk pre výstavbu CIR sú časovo kritické, vyžadujúce rýchlu výstavbu a rýchlo tuhnúce recyklačné prísady; a (6) kontrola kvality – tolerancie hustoty a rovnosti sú prísnejšie pre letiskové vozovky.
Implementácia CIR pre letiskové vozovky vyžaduje: (1) vypracovanie špecifikácií FAA pre materiály a výstavbu CIR; (2) koeficienty štrukturálnej vrstvy a moduly pre zmesi CIR pri zaťažení lietadlami; (3) začlenenie vrstiev CIR do návrhového softvéru FAARFIELD; (4) usmernenie pre výber obrusnej vrstvy pre letiskové aplikácie (HMA nadložná vrstva, P-401 trecia vrstva); (5) protokoly zabezpečenia kvality špecifické pre letiskovú CIR; a (6) demonštračné projekty na letiskách rôznych veľkostí a úrovní dopravy. Navrhovaný výskum ACRP by vytvoril technický základ pre prijatie CIR FAA v obežníkoch, čo by letiskám umožnilo využiť ekonomické a environmentálne výhody recyklácie za studena pre obnovu letiskových vozoviek.
Recyklácia za studena na mieste predstavuje overenú, nákladovo efektívnu a environmentálne udržateľnú metódu obnovy vozovky, ktorá opätovne používa existujúce materiály vozovky na mieste bez tepla. Pri správnom navrhnutí prostredníctvom formálnych postupov návrhu zmesi (ARRA CR201/CR202 alebo AASHTO PP 86-17/PP 94), zhotovení pomocou vhodných súprav zariadení a protokolov zhutňovania a chránení vhodnými obrusnými vrstvami (HMA nadložná vrstva, kameninový zásyp alebo mikrokoberec) poskytuje CIR životnosť 15 – 25 rokov s úsporou nákladov 20 – 50 % a až 90 % znížením emisií skleníkových plynov v porovnaní s konvenčnou rekonštrukciou. Rastúce prijatie CIR diaľničnými agentúrami pre aplikácie s vysokou dopravnou záťažou a vznikajúci záujem zo sektora letísk podčiarkujú relevantnosť tejto metódy ako primárnej stratégie obnovy vozoviek pre 21. storočie.
Využite recykláciu za studena na mieste pre nákladovo efektívnu a udržateľnú obnovu vozovky. Naši odborníci vám pomôžu posúdiť uskutočniteľnosť CIR, navrhnúť zmesi, špecifikovať výstavbu a kontrolovať vozovky obnovené pomocou CIR pre dlhodobú výkonnosť.
Recyklovaný asfaltový materiál z vozoviek (RAP) je odstránený a spracovaný asfaltový materiál z vozoviek, ktorý sa opätovne používa v nových asfaltových zmesiac...
Udržateľné povrchy vozoviek minimalizujú environmentálne vplyvy prostredníctvom recyklovaných materiálov (RAP, RAS, recyklovaný betónový kamenivo, popolček, tro...
+++ title = “Asfaltové nadstavby (overlay) na rehabilitáciu vozoviek” description = “Asfaltová nadstavba (overlay) je umiestnenie jednej alebo...
