Szukaj

Artykuł w miesięczniku "Autostrady" 10/2009 Szansa w recyklingu

Summary

Recycling means using waste products or worn out elements for the production of brand new items. Such practice is highly beneficial, especially when it comes to the significant savings of materials, finances as well as the environment protection.

Recykling to wykorzystywanie odpadów lub zużytych elementów do wytwarzania nowych produktów. Postępowanie ze wszech miar zasługujące na szerokie stosowanie z wielu szlachetnych względów. Dotyczą one szczególnie oszczędności materiałowych, finansowych i ochrony środowiska.

Nieprzystosowanie wielu istniejących od lat konstrukcji nawierzchni drogowych do obecnych zwiększonych obciążeń i natężenia ruchu samochodowego ma największy wpływ na coraz gorszy stan techniczny naszych dróg. Stosowanie tylko powierzchniowych napraw pochłania mniej środków finansowych, ale często wymaga ponownych zabiegów już po roku. Kapitalne remonty dróg prowadzone w sposób tradycyjny są pracochłonne i kosztowne, nie nadążają za szybciej postępującą ich degradacją. Stosowanie recyklingu zdewastowanych mas drogowych jest racjonalnym rozwiązaniem i dużą szansą na szybszą zmianę tej wciąż kłopotliwej sytuacji.

Trochę historii

Technologię recyklingu w drogownictwie, przez ponowne po przeróbce zastosowanie zniszczonych nawierzchni asfaltowych, rozpoczęto na większą skalę w USA w latach 70. ubiegłego wieku. W otaczarkach przeróbce na gorąco poddawano materiały ze starej nawierzchni, dodając uzyskany destrukt do nowej mieszanki asfaltowej. Coraz większe zainteresowanie zaczął budzić również recykling na zimno. We Francji po raz pierwszy wykonano na drodze recykling na zimno w 1982 r. Także w połowie lat 80.

XX w. zaczęto stosować tę technologię we Włoszech i Szwecji.

Recyklingowi poddawano nawierzchnie asfaltowe na zniszczonych drogach o lekkim ruchu. Dla warstw jednorodnych pod względem zawartości asfaltu i mieszanki mineralnej stosowano na miejscu jako dodatek emulsję asfaltową, co umożliwiało regenerację starego asfaltu. Do wykonywania robót stosowano specjalistyczne recyklery mogące bezpośrednio na drodze rozdrobnić istniejące warstwy asfaltu i wymieszać powstały destrukt z emulsją.

W drugiej połowie lat 90. ubiegłego wieku opracowano w Niemczech pierwszą "Instrukcję wykonywania recyklingu na miejscu nawierzchni na zimno". Dla umożliwienia lepszej kontroli dokładności dozowania i mieszania składników oraz ewentualnego doziarniania, proces recyklingu zaczęto przeprowadzać również w wytwórniach stacjonarnych.

Podjęto się też wykonywania recyklingu głębokiego, poddając równoczesnej przeróbce warstwy bitumiczne oraz górne warstwy podbudowy z kruszywa, stosując oprócz emulsji także cement lub wapno. Najlepsze efekty w zakresie recyklingu głębokiego umożliwiającego scalanie materiałów zdewastowanej nawierzchni mineralno-bitumicznej z podłożem (także zaglinionym) w latach 80.

XX w. przynosi technologia oparta o specjalny środek chemiczny wyprodukowany w USA. Technologia tego recyklingu na zimno - z uwagi na wyjątkowe efekty techniczne i ekonomiczne - szybko zdobywa zwolenników w wielu krajach: Kanadzie, Australii, Indiach, Chinach i Ameryce Łacińskiej. Po raz pierwszy w Europie zostaje zastosowana w Polsce w 1996 r.

Spieniony asfalt w procesie recyklingu, po wcześniejszych doświadczeniach w USA i Kanadzie, zaczęto stosować w Europie (w Anglii i Niemczech) w połowie lat 90. XX w. Jednakże wszystkie te działania pomimo światłego celu wciąż budziły kontrowersje i wątpliwości, W tych latach powstawały pierwsze instrukcje i wytyczne, jednak do szerokiego stosowania była jeszcze daleka droga, gdyż nieufność, brak metodologii badań, obawy przed stosowaniem, pierwsze niepowodzenia i przywiązanie do tradycji brały górę, Nie bez znaczenia był też brak odpowiednich maszyn i sprzętu drogowego, a także wyposażenia wytwórni stacjonarnych.

Polska tym razem, wbrew zasadzie, nie pozostawała w tyle i próby recyklingu na gorąco w otaczarkach podejmowano już w latach 80, ubiegłego wieku - początkowo na drogach o niewielkim obciążeniu ruchem. Destrukt pochodzący z frezowania warstw asfaltowych dodawano w nowej mieszance w ilości 10-15% (m/m) z przeznaczeniem dla przyszłej warstwy ścieralnej. Dla nowej warstwy wiążącej stosowano 20% (m/m), a dla podbudowy 25% (m/m) dodatku destruktu. Na większych budowach dopiero w połowie lat 90. XX w. zastosowano recykling nawierzchni asfaltowej na gorąco przeprowadzany w otaczarce. Była to droga krajowa Katowice - Warszawa, odcinek o długości 45 km, gdzie wykorzystano ponownie 35 tys. ton destruktu, oraz remont autostrady A4 Kraków - Katowice, gdzie zagospodarowano ok. 100 tys. ton destruktu pochodzącego z frezowania warstw ścieralnej i wiążącej.

Pomimo uzyskania dobrych efektów na tak znaczących zadaniach po 1997 roku technologia recyklingu na gorąco w otaczarkach zaczęła zamierać. Ograniczała się zwykle do małych zadań na drogach gminnych i powiatowych. Nawet w ramach remontu autostrady A4 na odcinku 70 km pomiędzy Wrocławiem a Opolem w latach 1997-2000 na pozyskane 228,5 tys. ton destruktu wykorzystano jedynie niespełna 27 tys. ton do ponownego wbudowania w nową warstwę podbudowy. Opracowane w latach 1992-2000 wytyczne, instrukcje i specyfikacje - z powodu przyjętych uogólnień, a w innych miejscach zbytnich niepotrzebnie zaostrzonych wymagań - nie przyczyniły się do rozwoju tej technologii w ramach remontów dróg. Ani inwestorzy, ani projektanci nie dążyli do szerszego stosowania recyklingu na gorąco, a wykonawcy - z uwagi na koszty i konieczność posiadania specjalistycznego usprzętowienia - unikali takiego wykonawstwa. I tak można założyć, że technologia ta w Polsce stała się przeszłością.

Równocześnie pierwsze doświadczenia w naszym kraju z wytwarzaniem na zimno mieszanki mineralno-cementowo-emulsyjnej, tzw. MMCE, w urządzeniach stacjonarnych spróbowano na odcinku A4 w 1988 r. w celu wykonania podbudowy pomocniczej. Jednak nie spowodowało to również rozpowszechnienia tej technologii.

Na początku lat 90. XX w. w naszym kraju podjęto wykonywanie na miejscu budowy recyklingu na zimno, z jednoczesnym stosowaniem dodatków w postaci emulsji asfaltowej i cementu. W tym przypadku prowadzone próby praktyczne i większe zadania napawały już większym optymizmem. Pojawił się specjalistyczny sprzęt niezbędny dla prowadzenia robót (fot. 1 i 2).

Regeneracja starego asfaltu z dodatkiem emulsji asfaltowej jest możliwa jedynie w przypadku warstw jednorodnych pod względem zawartości asfaltu i składu mieszanki mineralnej (bez zanieczyszczeń gruntami), co ogranicza zakresy remontów tą metodą.

Jednakże osiągane efekty zachęcały do coraz szerszego stosowania tej technologii. Powstała szansa szybkich remontów zniszczonych i wielokrotnie łatanych nawierzchni asfaltowych, które posiadały dobrą nośność podłoża i podbudowy. W 1997 r. ukazują się opracowane przez IBDiM "Warunki techniczne i wykonania warstw podbudowy z mieszanki mineralno-cementowo-emulsyjnej (MCE) metodą recyklingu na miejscu", które znowelizowano i uzupełniono w 1999 r. W tym samym roku opublikowano "Ogólne Specyfikacje Techniczne" (OST) D-04.10.01 pt. "Podbudowa z mieszanki mineralno-cementowo-emulsyjnej", które zaktualizowano w 2001 r. W pozycjach tych zawarto zasady projektowania i wymagania dotyczące cech fizykomechanicznych mieszanek oraz przedstawiono typowe konstrukcje nawierzchni z podbudową MMCE. Są to niezmiernie przydatne materiały pozwalające na szerokie stosowanie niniejszej technologii.

W końcu lat 90. ubiegłego wieku zastosowano technologię recyklingu na zimno polegającą na dodaniu do destruktu zaprawy cementowo-piaskowej (1:1) w ilości ok. 15% w stosunku do mieszanki. Jest to technologia betonów asfaltowo-cementowych (BAC), służąca wykonywaniu podbudów i warstw wiążących nawierzchni.

Na przełomie wieku w naszym kraju pojawia się - w oparciu o różne środki hydrauliczne i preparaty chemiczne - kilka technologii pozwalających na skuteczny recykling nawierzchni mineralno-bitumicznych. Z trudem budzą zainteresowanie i szersze wdrożenia. Nieufność i zachowawczość, a często i świadome blokowanie przez decydentów skutecznie opóźnia stosowanie postępowych rozwiązań.

Dylematy wyboru technologii remontu

Nie trzeba chyba nikogo uświadamiać, jak ogromnie ważna nadal pozostaje sprawa remontów, modernizacji oraz równoczesnego podnoszenia nośności i trwałości dróg od gminnych do krajowych. Wszystkim wiadomo, że środki finansowe są ograniczone, a potrzeby znaczne.

Zadaniem inwestorów, zarządów dróg i samorządów jest wybranie optymalnych, racjonalnych rozwiązań, które zagwarantują lepszą jakość dróg. Wiedza o nowościach może i dociera, ale zbyt wiele jest jeszcze barier, aby je z korzyścią dla społeczeństwa, a głównie użytkowników dróg, szybko wdrażać. Przyzwyczajenia, rutyna i zachowawczość skutecznie bronią często archaicznych rozwiązań, o których i tak wiadomo, że nie spełniają współczesnych wymagań. .

Wiele dróg w swojej ewolucji ulepszeń powstawało w klasyczny sposób. Początkowo była to droga gruntowa. Następnie wysypywano nań różnego rodzaju materiały, kamień rzeczny, tłuczeń, gruz itp., aby polepszyć warunki poruszania się na niej w okresach niesprzyjającej aury. Tak powstawały drogi szutrowe, tłuczniowe.

W końcu po jakimś czasie pokrywano je warstwą asfaltu, zwykle zbyt cienką z uwagi na brak środków finansowych. Nawierzchnia ta mogła początkowo spełniać oczekiwania, jednak w efekcie rozwoju komunikacji i obciążeń ruchem transportu drogowego ulegała szybkiej dewastacji. Tak powstawała przeważająca ilość dróg gminnych, powiatowych i nierzadko wojewódzkich. Łatanie powstających ubytków i usuwanie kolein dają efekt doraźny, krótkotrwały. Nawet kolejne nakładki warstw ścieralnych na całej powierzchni nie gwarantują dłuższej trwałości. Jednakże takie działania prowadzone są, niestety, nadal na przeważającej ilości dróg w Polsce. Jest to permanentne marnotrawienie, z wielu względów, i tak skąpych środków finansowych. Zły stan nawierzchni mineralno-bitumicznych nie zawsze wynika z jakości górnych warstw, jego przyczyna jest zwykle położona niżej - ukryta pod kolejnymi nakładkami betonu asfaltowego. Zdegradowana podbudowa przez lata obciążona nadmiernym ruchem, której materiał został wciśnięty w słabe podłoże gruntowe, przyczynia się do powstawania kolein, spękań i ubytków górnych warstw. Gdy doraźne naprawy nie pomagają w utrzymaniu jako tako znośnego stanu technicznego nawierzchni, podejmuje się w końcu decyzję o rozbiórce i odbudowie całej konstrukcji nawierzchni. Decyzja słuszna, jednakże...

Wyobraźmy sobie miejscowość z drogą przelotową o szerokości 6 m, z paroma bocznymi ulicami i wjazdami do przyległych posesji, gospodarstw czy zakładów produkcyjnych. Droga zdewastowana do granic możliwości z uwagi na słabe podłoże (gliniaste), skąpą podbudowę tłuczniową i wiecznie łataną nawierzchnię bitumiczną. Drogę taką należy zamknąć, rozebrać "do dna" i wykonać według poprawnych zasad nową nawierzchnię od podstaw. Technicznie propozycja pozornie łatwa, a formalnie i organizacyjnie nie jest już tak prosta. Wszyscy zdajemy sobie sprawę, ile w tym momencie problemów staje przed inwestorem, projektantem i wykonawcą. Czeka ich piramida uzgodnień i rozwiązania wielu zagadnień, obfita dokumentacja, opasłe specyfikacje i ogromny czas stracony na przygotowanie realizacji robót. Pierwszy problem stanowi zapewnienie dojazdów do parcel w czasie robót, gdy prowadzona jest rozbiórka starej nawierzchni, korytowanie i proces wykonywania od nowa podbudowy drogi przez wiele dni. Drugi problem to objazdy po drogach gminnych, często w nie lepszym stanie technicznym. Kolejny to sprawy formalne związane Z pozwoleniem na budowę, uzgodnienia, projekt techniczny itd. Koszty takiego remontu kapitalnego też są niebagatelne. Wszak składają się na nie koszty rozbiórki starej nawierzchni, znaczne koszty nowej konstrukcji drogi (w tym transportu materiałów), roboty towarzyszące, koszty objazdów (tu ewentualna naprawa nawierzchni dróg objazdowych) itp. Prace może skomplikować jeszcze nowy chodnik przylegający do jezdni, który jest narażony na zniszczenie w trakcie prowadzonych robót. Do tego dochodzi problem ekologiczny związany z miejscem wywozu materiałów z rozbiórki. Po prostu koszmar, od którego ucieka się, przesuwając coraz dalej termin realizacji remontu.

Recykling głęboki połączony z fizyczno-chemiczną stabilizacją

Szansa na inne rozwiązanie tego niebagatelnego problemu jest w technologiach recyklingu mas drogowych na miejscu, m.in. w recyklingu głębokim połączonym ze stabilizacją mas drogowych. Jak wyżej wspomniano, o technologii tej - wywodzącej się z USA zaczęto w Polsce mówić i prowadzić wdrożenia już w roku 1996.

Po krótkim czasie zainteresowanie technologią i działaniem środka Roadbond EN-l wykazał IBDiM i naukowcy z politechnik.

W ciągu ostatnich lat informacje i omówienia efektów zastosowań niniejszej technologii zostawały przedstawiane na licznych konferencjach naukowych, spotkaniach branżowych i szkoleniach, m.in. już w maju 2001 r. w Kielcach na VII Międzynarodowej Konferencji "Trwałe i bezpieczne nawierzchnie drogowe" przedstawiono referat pt. "Recykling nawierzchni mineralno-bitumicznych w technologii głębokiej stabilizacji", a następnie w Poznaniu we wrześniu tegoż roku na II Międzynarodowej Konferencji Naukowo-Technicznej "Nowoczesne technologie w budownictwie drogowym" referat "Wykorzystanie stabilizatora EN-1 dla wzmacniania słabonośnych podłoży oraz remontu dróg". Do dziś, przez okres 12 lat, ukazało się w naszym kraju wiele prac naukowych i publikacji na ten temat. Zainteresowani mogą też zapoznać się z wynikami badawczymi i pozytywnymi opiniami licznych instytutów naukowych i instytucji branżowych kilkunastu krajów stosujących z powodzeniem od dłuższego czasu niniejszą technologię. Najważniejsze są jednak pozytywne efekty zastosowań praktycznych na licznych remontowanych naszych drogach, od gminnych do krajowych. Z niniejszej technologii recyklingu dotychczas najwięcej skorzystano w ramach remontów dróg w województwach małopolskim i śląskim, z uwagi na występujące tam w podłożach grunty gliniaste (fot. 3).

Technologia envtech, inaczej zwana MCEN-l (mineralno-cementowo-EN1), umożliwia na miejscu wykorzystanie na zimno w 100% zdegradowane materiały drogowe (mineralno-bitumiczne nawet z zaglinionym podłożem tłuczniowym) do utworzenia scalonej podbudowy zasadniczej o grubości 30-40 cm. Zastosowany w trakcie recyklingu roztwór Roadbond EN-l zmiękcza i częściowo rozpuszcza produkty petrochemiczne oraz (w przeciwieństwie do emulsji) pozwala podłoże gruntowe (szczególnie gliniasto-pylaste), kruszywo podbudowy i masy mineralno-asfaltowe połączyć z cementem (ok. 2%) w jedną warstwę monolityczną.

Powstały materiał zwiększa swoją gęstość i twardość, równocześnie jest utrzymana jego elastyczność, mrozoodporność, odporność na pęknięcia skurczowe, przenikanie wody lub innych cieczy bez względu na ich lepkość. Taka warstwa stanowi kapitalną przeponę pomiędzy słabo nośnym podłożem a górnymi warstwami nawierzchni i tworzy warunki dla lepszego rozkładu obciążeń ruchem drogowym. Ponadto spoiwo EN-1 dodane do mieszaniny łupka przywęgłowego łub żużla czy popiołów aktywnych w połączeniu z gruntem spoistym pozwala stworzyć masę, która spełnia wymagania podbudów pomocniczych nawet dla dróg o ruchu ciężkim, co nie jest bez znaczenia dla wykorzystania tych odpadów w zgodzie z ochroną środowiska. Tak więc przykładowo przytoczona wyżej droga może być poddana kapitalnemu remontowi i podniesieniu nośności w o wiele prostszy sposób.

Odpowiedni specjalistyczny sprzęt (jak w technologii MMCE), bez robót rozbiórkowych, przy zastosowaniu płynnego spoiwa chemicznego i niewielkiej ilości cementu, dokona w jednym procesie technologicznym trwałego scalenia na głębokość np. 35 cm zdegradowanych mas drogowych w ciągu jednego dnia w ilości do 2500 m2. Prace mogą być prowadzone przy jednostronnie dopuszczonym ruchu wahadłowym z zapewnieniem dojazdu do parcel z niewielkimi przerwami. Ograniczone użytkowanie pasa jezdni po rekonstrukcji jest dopuszczalne już na następny dzień. Pokrycie po kilku dniach tak wykonanej warstwy podbudowy zasadniczej nową warstwą ścieralną spełnia zwykle oczekiwania uzyskania dobrej i trwałej nawierzchni bardziej odpornej odtąd na destrukcję i koleinowanie. Przylegający do jezdni chodnik - z powodu prowadzonych robót przebudowy jezdni - nie ulegnie uszkodzeniu (fot. 5). Dla zachowania końcowej niezmienionej niwelety nawierzchni, powstały ewentualnie nadmiar mieszanki uzyskanej w procesie recyklingu można wykorzystać do pokrycia pobocza lub wzmocnienia powierzchni terenu w innym miejscu. Technologia MCEN-1 w trakcie recyklingu nawierzchni asfaltowo-betonowej z podbudową umożliwia wykonanie równocześnie stabilizacji, utwardzenia oraz podniesienia nośności gruntowego pobocza bez konieczności pokrycia go warstwą bitumiczną (fot. 4).

Niniejsza technologia renowacji zdewastowanych nawierzchni poprzez recykling mas mineralno-bitumicznych jest krokiem naprzód w usuwaniu problemu remontów dróg, stanowi bardzo efektywne i ekologiczne rozwiązanie techniczne. Proces nie jest materiałochłonny, jest mało uciążliwy dla otoczenia i użytkowników dróg, a przede wszystkim o wiele mniej skomplikowany i kosztowny.

Po pierwsze recykling

Każda z technologii recyklingu zasługuje na uwagę i jak najszersze stosowanie w zależności od występujących materiałów i warunków lokalnych. Przyjęcie określonej technologii czy specjalnych środków jest uzależnione od wiedzy o konstrukcji i przyczynach degradacji danej nawierzchni, a także rozważenia racjonalności rozwiązania tak pod względem technicznym, jak i ekonomicznym na dziś i przez lata użytkowania. Zarządy dróg powinny oczekiwać od opracowujących dokumentację remontu drogi w pierwszym rzędzie rozwiązań w formie recyklingu istniejących mas drogowych, a gdy to jest niemożliwe (np. istnieje warstwa Z kostki brukowej jako podbudowa), powinny spodziewać się innej racjonalnej propozycji zapewniającej poprawę stanu nawierzchni na wiele lat. Pomimo wszystko większość dróg o nawierzchniach mineralno-bitumicznych uległo degradacji w zakresie górnych warstw konstrukcyjnych (podłoża w pasie drogowym zwykle są już wystarczająco nośne), wobec tego scalenie ich w monolityczną grubą warstwę w wyniku recyklingu z pewnością jest zabiegiem wystarczającym dla podniesienia nośności i trwałości nowej konstrukcji drogi. Obecny potencjał sprzętowy firm drogowych w Polsce umożliwia rocznie w technologiach recyklingu na miejscu skuteczną i trwałą poprawę stanu ok. 15 mln m2 dróg, czyli prawie połowę dróg krajowych przeznaczonych do natychmiastowego remontu! Na podkreślenie zasługują również związane z tym wartości ekologiczne oraz ogromne oszczędności materiałów i środków finansowych.

Zadaniem niniejszego artykułu nie jest przedstawianie szczegółów poszczególnych technologii recyklingu, a jedynie zwrócenie uwagi na jego znaczenie i przynoszone korzyści. Branżowe instytuty, GDDKiA oraz uczelnie techniczne winny zebrać wszelkie informacje, dane i opracować wytyczne w zakresie nowych technologii recyklingu celem ujednolicenia specyfikacji technicznych, zasad stosowania, wymagań i metodologii badań oraz popularyzować szeroko wśród projektantów i zarządów dróg korzystne rozwiązania w technologii recyklingu mas drogowych. Opracowany katalog robót remontowych dróg, uwzględniający racjonalne rozwiązania, w tym technologie recyklingów, z szacunkowym określeniem trwałości nowych konstrukcji i orientacyjnymi kosztami, byłby z pewnością niezmiernie przydatny dla projektantów i służb drogowych. Tak jak i w innych branżach, tak i w drogowej postęp techniczny oraz technologiczny wyprzedza sprawy formalnoprawne, chociaż ułatwia prace i umożliwia uzyskiwanie coraz lepszych produktów przyjaznych środowisku naturalnemu z pożytkiem dla społeczeństwa, napotyka na ogromne przeszkody. Liczne konferencje naukowe, sympozja, publikacje, spotkania branżowe, pomimo nagłośnień i słusznych wniosków końcowych nie przekładają się niestety zbyt szybko na korzyści w terenie.

Technologie recyklingu nawierzchni mineralno-bitumicznych zasługują na znacznie większe stosowanie i są wielką szansą na szybsze opanowanie postępującej w naszym kraju degradacji dróg bez angażowania często deficytowych materiałów, dużego potencjału wykonawczego, znacznych środków finansowych i... nadużywania cierpliwości użytkowników.