GRAEVINSKI FAKULTET

2011

TEHNOLOGIJA GRAENJA OBJEKATA NISKOGRADNJE

POSTUPCI RECIKLAE PRI REHABILITACIJI ASFALTNIH KOLOVOZNIH KONSTRUKCIJA

STUDENT 1

GRAEVINSKI FAKULTET

2011

1.

UVOD

Ekstremni rast populacije i ekonomski razvoj doveli su do razvijanja iroke mree asfaltnih puteva u zadnjih 50-70 godina.Hiljade kilometara novih puteva je izgraeno da zadovolji poveane zahteve saobraaja i veina ovih puteva je blizu kraja ili na kraju svog ivotnog vijeka. U periodu ekspanzije izgradnje puteva, glavni predmet analize bilo je poetno ulaganje . Sa vrlo malo, ili nimalo, panje su se razmatrali kasniji trokovi odravanja kolovoza. Meutim, sazrevanjem kolvozne mree, poveanjem inteziteta saobraaja i bruto teina vozila, stavljen je akcenat na preventivno odravannje i ouvanje postojeih puteva. Reciklaa asfalta je svakako najefikasniji nain odravanja kolovoza , kako sa ekonomskog aspekta , tako i sa aspekta tehnologije i ouvanja ivotne sredine. Iako se reciklaa pominje jo od 1900-te godine , recikliranje asfalta po modernim postupcima se vee za 1970-tu godinu. Kriza na naftnom tritu i razvoj mehanizacije podstakli su primjenu reciklae asfalta. Ouvanje neobnovljivih resursa ,kao to je nafta, uteda energije i ouvanje ivotne sredine glavne su prednosti reciklae. 2. METODE RECIKLAE ASFALTA Razne tipove reciklae klasifikujemo prema mjestu gdje se izvodi mijeanje, temperaturi procesa , karakteristikama materijala koji se reciklira, vrsti veziva koji se upotrebljava, itd. Postoji pet kategorija koje opisuju nain reciklae asfalta : Hladno planiranje (Cold planing) CP Reciklaa po vruem postupku (Hot recycling) HR Reciklaa po vruem postupku na licu mjesta (Hot in-place recycling) HIR Reciklaa po hladnom postupku (Cold recycling) CR Reciklaa na punoj dubini (Full Depth Reclamation) FDR

U ovih 5 kategorija postoji odreen broj podkategorija koje definiu metodu reciklae : HIR: - Reshape metoda - Remix metoda - Repave metoda - Reciklaa in-situ po hladnom postupku - Reciklaa u asfaltnoj bazi po hladnom postupku

CR:

FDR: - Pulverzacija - Mehanika stabilizacija - Bitumenska stabilizacija - Hemijska stabilizacija Takoe postoji mogunost kombinacije dve metode. 2.1 HLADNO PLANIRANJE (CP) CP se sastoji u kontrolisanom uklanjanju postojeeg asfalta do eljene dubine. Proces omoguava regulisanje uzdunog profila puta kao i regulaciju nagiba korienjem specijalno projektovane mehanizacije kao na slici 2.1.

STUDENT 2

GRAEVINSKI FAKULTET

2011

Slika 2.1 GLODALICA Nakon glodanja povrina asfalta se moe odmah koristiti kao vozna povrina . Takoe se moe dalje tretirati nekom drugom metodom recikliranja ili moe biti obloena sa HMA1 ili RAP2. CP se moe koristi za hrapavljenje povrine asfalta u cilju poboljavanja trenja na kontaktu toka i kolovoza (Slika 2.2).

Slika 2.2-POVRINA ASFALTA NAKON GLODANJA OBEZBEUJE BOLJE TRENJE Moderne glodalice imaju veliki prenik rotacionog doboa . Dobo je opremljen sa posebno dizajniranim zamenljivim volfram-karbidnim zubima pomou kojih melju postojei asfalt. Proces glodanja asfalta je ispraen dodavanjem malih koliina vode . Voda se ubrizgava preko mlaznica koje se nalaze u komori sa rotacionim doboem. Dodavanje vode se vri sa ciljem da se smanji generalisanje praine i da se ublai zamor alata za glodanje. Maine za glodanje asfalta su samohodne i dovoljno snane da obezbede vuu i stabilnost prilikom skidanja asfalta. Maine su opremljene automatizovanim sistemima za kontrolu nagiba kolovoza. Uklonena asfalna mjeavina se utovara u kamione i prevozi do asaltne baze gdje se dalje obrauje preko CCPR ili HR.1 2

RAP skraeno od Recycled Asphalt Pavement to predstavlja termin za mljeveni asfaltni materijal HMA- skraeno od Hot Mix Asphalt to predstavlja termin za vruu asfaltnu mjeavinu

STUDENT 3

GRAEVINSKI FAKULTET

2011

Prednosti CP metode su : Uklanjanje brazdi od tokova kao i propalih povrina asfalta Korekcija uzdunog profila i porenog nagiba Poboljanje odvodnjavanja Obezbjeenje trenja Uteda energije u odnosu na druge metode Vea produktivnost uz manje uznemiravanje okoline 2.2 RECIKLAA PO VRUEM POSTUPKU (HR) Uklonjeni asfalt se transportuje do fabrika za proizvodnju asfalta gdje se reciklira po vruem postupku. HR kombinuje RAP sa novim agreatom, novim vezivom i/ili novim reciklanim dodacima . HR koristi metodu zagrijavanja RAP-a ime ga omekava i olakava njegovo mijeanje i vezivanje sa novim agregatom i vezivom. (Slika 2.3)

Slika 2.3 SERIJSKO ASFALTNO POSTROJENJE ZA HR POSTUPAK Proizvedena mjeavina se transportuje do mjesta gdje je treba postaviti. Nakon razastiranja , asfalt se zbija gumenim ili elinim valjcima . U toku transporta mjeavina gubi toplotu to skrauje dozvoljeno vrijeme za zbijanje. HR je trenutno najrasprostranjeniji metod reciklae asfalta u svijetu. Prednosti HR su : Odravanje neobnovljivih resursa Uteda energije u odnosu na druge metode Problem sa granulacijom postojeeg asfalta ili asfaltnog veziva moe se rijeiti sa pravilnim odabirom novog agregata i asfaltnog veziva Obezbjeuje iste , ako ne bolje, performanse od potpuno nove asfaltne mjeavine 2.3 RECIKLAA PO VRUEM POSTUPKU NA LICU MJESTA (HIR) HIR se koristi posebno konstruisanom mehanizacijom koju ini skup maina, ,,voz za recikliranje , sposoban da , u jednom prolazu obavi sve potrebne operacije. Postupak se sastoji od grejanja, dekohezije (usitnjavanja), mjeanja i ponovnog ugraivanja postojee originalne asfaltne mjeavine , sa ili bez izrade novog, dodatnog asfaltnog sloja. Originalna STUDENT 4

GRAEVINSKI FAKULTET

2011

asfaltna mjeavina moe biti i korigovana dodavanjem bitumena, ulja za regeneraciju, kamenog agregata ,nove asfaltne mjeavine, polimernih granula , vlakana itd. Uobiajene debljine recikliranog sloja su od 20 do 50 mm , iako postoji oprema koja see i do 75 mm. Postoje tri podkategorije u okviru HIR koje definiu nain postupka : 1 Profilisanje i ponovno ugraivanje postojee asfaltne mjeavine- Reshape 2 Obnova postojee asfaltne mjeavine Remix 3 Ponovno ugraivanje postojeeg asfalta uz dodatak novog sloja- Repave 2.3.1 RESHAPE METODA

U ovom postupku najpre se asfalt zagrejava dok ne dodje do njegove dekohezije, a zatim se gloe do eljene dubine. Odvojeni asfalt se uz ubrizgavanje dodataka transportuje u bubanj gdje se temeljno mijea. Nakon mjeanja , materijal se razastire i zbija valjcima.Obino se Reshape sprovodi na dubinama od 20 do 40 mm. Nema dodavanja nove mjeavine ili aregata tako da debljina asfalta nakon reciklae ostaje ista. Modifikacija je ograniena na podmlaivanju asfaltnog veziva.

Slika 2.4 PROFIL PUTA PRE I POSLE RESHAPE POSTUPKA Napredovanje procesa zavisi od nekoliko faktora : vanjske temperature i uslova vjetra, karakteristika asfalta koji se reciklira, vlanosti kolovoza, broja i uinka grejaa... Zavisno od navedenog , napredovanje se kree od 1,5 do 15 metara/min. 2.3.2 REMIX METODA

Kod Remix postupka karakteristike asfaltne mjeavine iz oteenog habajueg sloja se modifikuju , tj. poboljavaju dodavanjem bitumena i/ili ulja za regeneraciju. Mogu se dodavati i nedostajue frakcije kamenog agregata ili potpuno nova korekciona asfaltna mjeavina. Ovim postupkom poboljavaju se svojstva postojee asfaltne mjeavine . Poveava se procenat upljina , karakteristike veziva,korektuje se granulometrijski sastav mineralne mjeavine i sl. Remiks-plus metoda je kombinacija remiks postupka sa ugradnjom novog habajueg sloja. Novi sloj koji se nadograuje je tanak habajui sloj koji dobro prijanja za reciklirani sloj jer se radi po vruem postupku.

Slika 2.5 REMIX-PLUS METODA Remix se moe raditi kao proces sa jednim ili vie koraka. U procesu sa jednim korakom , postojei asfalt se zagreva a zatim skida do projektovane dubine u jednom mahu, tj. u jednom sloju. Ovaj postupak se vri na dubinama od 25 do 50 mm. U viestepenom procesu asfalt se grije a potom skida u vie tanjih slojeva (2 do 4 sloja) . Ovaj postupak se vri na dubinama od 40 do 75 mm. Novi agregat i nova asfaltna mjeavina koja se dodaje ne prelaze 30 % od ukupne reciklirane mjeavine. STUDENT 5

GRAEVINSKI FAKULTET

2011

Slika 2.6 REMIX-PLUS PROCES 2.3.3 REPAVE METODA

Repave predstavlja postupak termikog recikliranja postojee asfaltne mjeavine po postupku Reshape, sa istovremenom izradom novog habajueg sloja od nove asfaltne mjeavine. Debljina novog habajueg sloja me biti i manja od konvencionalne debljine jer postoji termalna veza izmeu dva sloja i oni se zbijaju simultano. Prvim slojem od recikliranog asfalta se nivelie put dok drugi sloj radi kao habajui. Debljina habajueg sloja zavisi od maksimalnog zrna novog agregata i kree se od 20 do 75 mm. Dakle , u Repave procesu , moe doi do znatnog poveanja debljine asfalta. Repave se takoe moe podjeliti na jednostepeni i viestepeni proces. U viestepenoj metodi se reciklirani asfalt postavlja u odgovarajui longitudinalni profil i popreni nagib putem sopstvenih jedinica za razastiranje. Novi HMA se odmah potom postavlja na vreli asfalt sa posebnim razastiraem nakon ega se dva sloja zbijaju sa gumenim ili elinim valjcima, ili vibro-valjcima. U jednostepenom procesu koristi se jedinica u kojoj su integrisan dva razastiraa. Prvi razastira postavlja recikliranu mjeavinu a drugi novu HMA, nakon ega se slojevi zbijaju.

Slika 2.7 REDOSLED OPERACIJA KOD REPAVE POSTUPKA

STUDENT 6

GRAEVINSKI FAKULTET

2011

Prednosti HIR postupka : Ouvanje neobnovljivih resursa Uteda energije u odnosu na druge metode Tretman cijele irine kolovoza ili pojedinanih traka Uklanjanje nepravilnosti preseka i profila Poboljava kvalitet vonje Obnavlja fleksibilnost asfalta Probemi vezani za granulaciju asfalta mogu biti ispravljeni uz dodavanje novog agregat, novog HMA ili novog veziva Poboljava trenje In-situ metoda smanjuje zastoje u saobraaju Ekonomska opravdanost

Slika 2.8- PRE I POSLE REPAVE RESIKLAE 2.4 RECIKLAA NA PUNOJ DUBINI (FDR) Ova metoda je razvijena krjem osamdesetih godina kao postupak za rehabilitaciju postojeih kolovoza. FDR je tehnika rehabilitacije u kojo se puna debljina asfalta i deo osnovnog materijala ispod asfalta usitnjava i mija da bi se unaprijedio i homogonizovao kolovozni sastav. FDR se obavlja in-situ, po hladnom postupku , slino kao CIR. Dubina recikliranja zavisi od debljine kolovozne konstrukcije ali , generalno , kree od 100 do 300 mm. FDR se sastoji od usitnjavanja postojeeg materijala , dodavanja novog ( ako je potrebno) , mijeanja , poetnog oblikovanja rezultujue mjeavine, zbijanja , zavrnog oblikovanja i postavljanja habajueg sloja. Sanacija postojeeg asfalta zajedno sa materijalom ispod njega stvara ,,zrnasti asfalt koji moe funkcionisati kao takav ili se moraju dodavati aditivi. Dodavanje aditiva se vri ukoliko materijal, sam po sebi, nema zadovoljavajue mehanike karakteristike da izdri oekivano optereenje. Moe se koristiti irok spektar aditiva ukljuujui : kalcijum hlorid, magnezijum hlorid, kre, Portland cement (suv ili u rastvoru), asfaltne emulzija (normalna , visokoplutajua, polimeri ) ... Mogua je kombinacija vezivnih sredstava. Kombinacijom bitumenskog vezivnog sredstva sa hidraulinim vezivom ( cement) mogu se praviti mjeavine ije e karakteristike biti bliske kako hidraulino vezanom noseem sloju tako i asfaltnom STUDENT 7

GRAEVINSKI FAKULTET

2011

noseem sloju. Izbor kombinacije vezivnih sredstava vri se prema sastavu mjeavine granulata i nosivosti podloge. Meavina sa dominantnim bitumenskim vezivom ja pogodna kod reciklae slojeva sa velikim udelom asfalta , odnosno kada u materijalu koji se obrauje ima mnogo bitumenom obavijenih zrna. Meavina sa dominantnim hidraulinim vezivom se primjenjuje kod materjala sa nepovoljnim granulometrijskim sastavom i u sluaju nedovoljnih mogunosti za popravku granulacije. Osim toga , hidraulinom vezivu se daje prednost kada je nosivost podloge mala. Prilikom izbora mjeavine i ureaja za mjeanjei ugradnju, postavlja se cilj da se postigne maksimalna homogenost ugraene mjeavine.

Slika 2.9-FDR RISAJKLER I TANKER SA ADITIVOM ZA STABILIZACIJU FDR se vri pomou posebno modifikovane maine sa glodalicom koja moe da usitni i izmea materijal gornjih slojeva kolovozne konstrukcije sa dodatnim materijalima , tako da se dobije mjeavina zahtjevane granulacije i konzistencije, sve u jednom prolazu. Maina za recikliranje mora imati sljedee elemente: Ureaj za usitnjavanje materijala do dubine najmanje 30 cm u jednom prolazu, sa automatskim senzorima za tanu kontrolu dubine dejstva. Cilindar se glodalima koji se obre na gore u odnosu na smjer napredovanja, sa najmanjom irinom sjeenja od 2m u jednom prolazu Sistem za kontrolu granulacije koji se sastoji od podesive grede na prednjem delu cilindra sa glodalima, koji doprinosi usitnjavanju materijala koji se reciklira Sistem sa mikrokontrolerima za doziranje vode ili veziva u tenom stanju, u odnosu na brzinu kretanja i masu materijala koja se reciklira Dvostruki sistem pumpi i dozatora za simultano dodavanje vode i veziva Sistem samoisteih rasprivaa koji ravomjerno rasprostire vodu , odnosno vezivo , po cijeloj irini koja se obrauje. Kada se kao vezivo koristi penasti bitumen , sistem za proizvodnju pene mora imati poseban raspriva koji moe da izbaci penu za kontrolu. Ta pena mora biti istovetna kao ona koja se kasnije dodaje u masu koja se reciklira.

STUDENT 8

GRAEVINSKI FAKULTET

2011

Kada se dubina reciklae poveava iznad 30cm , efektivna zapremina komore u kojoj se vri mijeanje treba da se povea u skladu sa poveanjem dubine.

Slika 3.0-PRIKAZ RECIKLANE KOMORE Reciklirani material treba da izae iz komore za mijeanje bez pojava segregacije zrna. Poetno oblikovanje i nivelacija materijala se vri pomou grejdera ili pomou razastiraa montiranog na kraju maine za reciklau. Nakon toga se vri poetno nabijanje vibro valjcima ili gumenim valjcima. Zavrno zbijanje i oblikovanje uzdunog profila i poprenog nagiba vri se nakon perioda suenja. Trajanje ovog perioda zavisi od tipa i kombinacije aditiva kao i vremenskih uslova i kree se od 1 do 14 dana . Poeljno je za vreme perioda suenja izmjestiti teki saobraaj.

Slika 3.1-PRIMJER RECIKLANOG VOZA ZA STABILIZACIJU UZ PRIMENU PENASTOG BITUMENA I CEMENTNOG MULJA Maina za reciklau funkcionie kao vuno vozilo , vukui ili gurajui opremu sa kojom je udruena. Kada se u procesu koristi cementni mulj, u sastav voza za reciklau ulazi i mjealica za mulj (slurry mixer). Prednosti FDR metode: Ouvanje neobnovljivih resursa Uteda energije u odnosu na druge metode Mali broj potrebnih maina Eliminacija svih nepravilnosti kolovoza Nedostaci podsloja mogu biti ispravljeni stabilizacijom Problem sa granulacijom postojee mjeavine rjeava se dodavanjem novog agregata Poboljanje povrine kolovoza i odvodnjavanja Popreni presek je homogen i kompaktan Metoda in-situ ublaava zastoje u saobraaju Ekonomska opravdanost STUDENT 9

GRAEVINSKI FAKULTET

2011

2.5 RECIKLAA PO HLADNOM POSTUPKU ( CR ) CR je proces tokm kojeg se ne vri zagrijavanje asfalta. Postoje dve podkategorije CR: Hladna reciklaa na licu mjesta (CIR-Cold In-place Recycling) i Hladna reciklaa u fabrici (CCPR- Cold Central Plant Recycling). CIR voz za recikliranje imi tanker sa aditivima, glodalica , drobilica , mikser, razatira , valjak. Dubina obrade ovim postupkom se kree od 50 do 100 mm kada se kao aditiv koristi asfaltna emulzija , dok se dubina obrade pri korienju hemijskih stabilizatora (Portland cement, kre) dubina obrade kree od 125 do 150 mm. Cement i kre se mogu dodavati mjeavini u suvom stanju ili u muljevitom stanju. Muljevita forma omoguava bolju kontrolu koliine dodatog aditiva i smanjuje generalisanje praine. Postoje razni tipovi CIR voza sa razliitom konfiguracijom opreme. Vozovi se razlikuju po koliini uklonjene RAP i nainu uklanjanja, nainu dodavanja aditiva i modifikatora, nainu ijeanja i kontrole procesa, nainu razastiranja reciklirane mjeavine. U single-unit reciklanom vozu uklanjanje kolovoza obino se vri glodalicom. Uobiajena maksimalna dubina obrade je 50 mm. Dodavanje i mijeanje aditiva se obavlja u komori sa rotorom za glodanje asfalta. Postavljanje reciklirane mjeavine vri razastira koji se nalazi na kraju voza.

Slika3.2 SINGLE-UNIT CIR VOZ U single-unit vozu odreivanje potrebnog aditiva se vri na osnovu obima rada koji je odreen irinom obrade , dubinom obrade i oekivanom brzinom napredovanja, to uzrokuje nii kvalitet kontrole procesa. Two-units CIR vozovi koriste glodalicu velikih gabarita i mikser sa razastiraem . Glodalica uklanja postojei asfalt i alje ga u mikser. Mikser mjeri teinu primljenog RAP i na bazi nje se vri kompijuterski kontrolisano dodavanje aditiva. Neki mikseri su opremljeni reetkom za uklanjanje velikih frakcija u materijalu. Razastira, smjeten na zadnjem dijelu miksera, kontrolisano razastire reciklirani materijal i vri poetno zbijanje. U two-units vozu temi aditiv se dodaje na osnovu teine RAP , nezavisno od dubine obrade, irine obrade i brzine napredovanja , pa je omoguen visok stepen kontrole procesa. STUDENT 10

GRAEVINSKI FAKULTET

2011

Slika 3.3- TWO-UNIT CIR VOZ Multi-unit CIR voz koristi glodalicu velikih gabarita, jedinicu za prosijavanje i drobljenje i jedinicu za mijeanje materijala. Glodalica uklanja postojei asfalt , a konana granulacija uklonjenog asfalta vri se u maini za prosijavanje i drobljenje . Aditivi se dodaju u narednoj jedinici voza koja mijea skinuti i izdrobljeni asfalt. Rezultujua mjeavina se razastire klasinim razastiraem.

Slika3.4- MULTI-UNIT CIR VOZ Maksimalna frakcija RAP-a se kontrolie prosijavanjem. Prevelike frakcije se alju alju u drobilicu nakon ega se vraaju na ponovno prosijavanje. Koliina aditiva koju treba dodati mjeavini se odreuje na bazi teine RAP koji se mijea pa je omoguen visok kvalitet kontrole procesa. Zbijanje CR mjeavine zahtjeva mnogo veu energiju zbijanja od standardnih HMA. Ovo je posljedica visokog unutranjeg trenja izmeu estica mjeavine , vee viskoznosti materijala, starosti materijala, i hladnije temperature pri zbijanju.Zbijanje se vri valjcima sa gumenim ili elinim tokovima. Kada se koristi emulzija kao aditiv, zbijanje moe trajati od 30 minuta do 2 asa , Zavisno od tipa emulzije, debljine CR mjeavine i uslova sredine. CCPR je proces u kome se reciklaa asfalta odvija hladnim mjeanjem u centralnoj fabrici. Fabrika moe biti specijalno dizajnirano postrojenje ili stacionirani CIR voz bez STUDENT 11

GRAEVINSKI FAKULTET

2011

glodalice. CCPR mjeavina se moe odmah koristiti, a moe se deponovati za kasniju upotrebu u vidu saniranja rupa i drugih nepravilnosti na kolovozu. RAP koji se koristi u CCPR moe biti uklonjen CP metodom ili nekom drugom metodom ripovanja. Nakon uklanjanja transportuje se kamionima do fabrike radi dalje obrade. Kao aditiv se najee koristi asfaltna emulzija. Fabrika koristi odreen broj komora za preradu RAP i novog agregata , trake sa vagom, kompijuterski sistem dodavanja aditiva, mikser, ko za privremeno skladitenje, kamione za transport recikliranje mjeavine ili transportne trake ukoliko se materijal skladiti.

Slika3.5- CCPR FABRIKA Mjeavina se transportuje na gradilite kiperima i postavlja razastiraima ili grejderima. Zbijanje se vri valjcima sa gumenim ili elinim tokovima.

Slika 3.6- ISTOVAR ASFALTA SA RAZASTIRANJEM Prednosti CR su : Ouvanje neobnovljivih resursa Uteda energije u odnosu na druge metode Sve nepravilnosti progila puta i poprenog preseka bivaju uklonjene Problem sa granulacijom i vezivom se moe rijeiti dodavanjem novog agregata i novog veziva Nosei sloj ostaje nedirnut Smanjeno remeenje saobraaja u toku radova Ekonomska opravdanost

STUDENT 12

GRAEVINSKI FAKULTET

2011

LITERATURA : 1. Basic Asphalt Recycling Manual, , Asphalt Recycling and Reclaiming Association(ARRA), 2001., Annapolys

2. Comit Technique AIPCR C7/8 "Chausses Routires PIARC Committee C7/8 "Road Pavements" 3. ,,Izgradnja puteva i rehabilitacija kolovoznih konstrukcija - predavanje. Prof. dr Milo Kneevi

STUDENT 13