Současné technologické trendy u vozovek pozemních komunikací

• Foto

Těmito výše uvedenými hlavními vlivy jsou především:

• dopravní zatížení včetně rostoucích intenzit těžkých nákladních automobilů, kdy s ohledem k poloze České republiky v Evropské unii (EU) a v celém prostoru Evropy nelze předpokládat v blízké budoucnosti snižování počtu nákladních automobilů, které budou silniční infrastrukturu v ČR využívat;
• klimatické podmínky, kdy lze v posledních letech sledovat častější výskyt extrémů, mezi které řadíme především mírné zvyšování letních teplot nebo počtů dnů, kdy lze sledovat výskyt extrémních teplot, jež mohou vést u asfaltových vozovek k většímu výskytu tzv. vyjetých kolejí nebo způsobují některé méně časté poruchy (viz nedávná situace na dálnici D5 nebo na Pražském okruhu s poruchami vozovky vinou vysokých letních teplot). Vedle extrémních teplot lze za další vliv, se kterým bude nezbytné v nadcházejících letech počítat, považovat výskyt náhlých intenzivních srážek, které mohou rychle vést k lokálním záplavám popř. k destrukci celé komunikace.
• v souvislosti s cíli EU je pravděpodobně nevyhnutelný dopad snahy postupného snižování energetické náročnosti a produkce emisí. Tato skutečnost, kterou již dnes pomalu začínají výrobci stavebních směsí aplikovaných v silničním stavitelství pociťovat, se velmi rychle začíná projevovat postupným zahrnutím dalších průmyslových subjektů do systému obchodování s emisními povolenkami. V případě některých asfaltových technologií mohou navíc v blízké budoucnosti představovat další možné omezení požadavky, které pro jednotlivé aplikace různých chemických látek stanoví nařízení REACH o chemických látkách.
• v neposlední řadě lze jako významný trend prosazovaný v rámci EU považovat další směřování k bezodpadové společnosti. V této souvislosti je již dnes upřednostňována recyklace a opětovné využití materiálů starých konstrukcí, přičemž ve stavebnictví obecně je požadavek pro příští desetiletí docílit opětovného využití až 70 % stavebního a demoličního odpadu. V případě asfaltových vrstev je dokonce cílem dosáhnout 100% recyklace tohoto materiálu a díky tomu konstrukci asfaltových vozovek do budoucnosti zcela vyloučit z podmínek, které se vztahují na odpady.

Uváděné klimatické vlivy je třeba zohlednit při rozvoji nových technologií konstrukčních vrstev či při modifikaci stávajících technologií. V případě asfaltových směsí bude nezbytné hledat další zlepšení ve zvyšování odolnosti proti vzniku trvalých deformací při vyšších teplotách, přičemž na druhé straně takové opatření musí zohlednit i účinek zimního počasí. Z toho vyplývá, že používaná asfaltová pojiva musí mít takový teplotní interval použitelnosti (obor plasticity), který bezpečně pokryje oba krajní případy. Z důvodu výskytu náhlých intenzivních srážek bude nezbytné návrh konstrukce vozovek upravit z hlediska potřeby zvýšení drenážní kapacity a rychlého odvedení vody z povrchu vozovky. Pokud se zaměříme na rostoucí dopravní zatížení, potom je nutné věnovat pozornost při rozvoji moderních technologií zvyšování únosnosti a odolnosti proti účinkům postupné degradace a únavy materiálu.

Bohužel uváděné doporučené trendy, jež by bylo vhodné v nadcházejícím období sledovat a dále rozvíjet, nemohou sledovat pokračování trendu výstavby a obnovy s levnějšími či nejlevnějšími technologiemi. Při zohlednění ekonomických možností je nevyhnutelné postupně zavést a důsledně provádět analýzu a propočet nákladů životního cyklu namísto jednoduchého porovnání ceny jednotlivých nákladů. Takový posun v ekonomickém pohledu může paradoxně ve střednědobém až dlouhodobém horizontu vést k zefektivnění a postupnému zlevnění silniční infrastruktury, přičemž cena stavebního díla na počátku bude adekvátní výkonnostní kapacitě konstrukce a bude tak velmi dobře obhájitelná, obzvláště pokud se doloží výhledem nákladovosti celého životního cyklu.

Konkrétní technologické aplikace, jež lze nejen s výše uvedeným již dnes sledovat, je možné rozdělit do několika oblastí: recyklace, snižování energetické náročnosti, zvyšování životnosti a hluková zátěž.

1) RECYKLACE
Recyklační technologie v posledním desetiletí doznaly poměrně velkého zavedení v praxi. V případě asfaltových vozovek se dnes běžně aplikují technologie recyklace za horka i za studena zpravidla prováděné přímo na místě, což zvyšuje rychlost provádění, vede zpravidla ke 100% využití materiálu původní konstrukce, umožňuje buď obnovení vlastností obrusných vrstev (v případě některých postupů recyklace za horka) nebo zvyšuje únosnost konstrukce vozovky a tak vede k dalšímu prodloužení životnosti. Bohužel v menší míře se dosud podařilo rozvinout technologie recyklace v obalovnách. V případě aplikace asfaltového recyklátu v horkých asfaltových směsích se dosud uplatňuje maximálně 20–25 % hm. málo efektivním způsobem přidáváním za studena, přičemž zahraniční trendy jednak ukazují na možnosti mnohem vyššího dávkování asfaltového recyklátu při jeho předehřátí. Díky  tomu se účinně využívá přidaná hodnota tohoto materiálu, a současně jsou v některých zemích patrné zákonem dané požadavky, jež předepisují pro většinu asfaltových vrstev nutnost dílčího využití tohoto materiálu v nové asfaltové směsi. Recyklace je samozřejmě zavedenou technologií i v případě starých betonových konstrukcí, kde lze původní vrstvy drtit a využít jako kamenivo buď pro nestmelené vrstvy, nebo jako příměs do nové betonové směsi. Rozdíl mezi recyklací asfaltových a betonových vrstev je pouze v tom, že u betonového recyklátu při opětovném využití nedochází k aktivaci původního pojiva. Proto se v souvislosti s recyklací betonových konstrukcí většinou hovoří jako o down-cycling, což však nikterak nesnižuje význam takového technologického kroku.

2) SNIŽOVÁNÍ ENERGETICKÉ NÁROČNOSTI
Problematice snižování pracovních teplot především u asfaltových směsí začala být intenzivněji věnována pozornost v období 2002–5, kdy se začala i v ČR zkoušet nová aditiva, která především v důsledku zlepšení viskózního chování pojiva umožnila snížit pracovní teplotu nebo prodloužit teplotní interval, v němž je asfaltová směs zpracovatelná. Již před tímto obdobím byly v oblasti litých asfaltů využívány přísady zejména na bázi montánních vosků. Nová generace přísad se technologicky zaměřuje hned na několik možných řešení – přísady na bázi dalších syntetických vosků, přísady na bázi kyseliny polyfosforečné, využívání syntetických zeolitů, s jejichž pomocí vzniká efekt asfaltové mikropěny. V posledních pěti letech se postupně některé z uvedených technologií staly součástí běžné praxe, k níž existuje řada úseků, jež umožňují dlouhodobé sledování užitného chování asfaltových vrstev s těmito přísadami. Při aplikaci uvedených přísad, resp. směsí, jež lze označit jako nízkoteplotní, je možné buď prodloužit teplotní interval pro zpracování a kvalitní zhutnění o 15 – 20 °C, nebo případně lze o tyto hodnoty snížit výchozí teplotu zpracování asfaltové směsi. Takové omezení pracovních teplot sice vede následně jen k omezenému snížení spotřeby energie, nicméně i taková úspora znamená nemalý přínos z hlediska snížení produkce emisí CO₂ a omezení výparů typických pro asfaltová pojiva a směsi.

Další skupina technologických řešení dosud čeká na ověření případné využitelnosti v České republice. Jedná se především o některé aplikace teplých směsí, které se vyrábějí a zpracovávají při teplotách menších než 100 °C a využívají například technologii zpěněného asfaltu, speciální asfaltové emulze nebo hydrofobizaci kameniva vhodnými chemickými přísadami. V neposlední řadě lze i v oblasti tohoto typu asfaltových směsí zaznamenat první aplikace nanotechnologií.

3) ZVYŠOVÁNÍ ŽIVOTNOSTI
Zlepšení trvanlivosti a prodloužení životnosti konstrukce vozovek by mělo patřit k prioritám, jimž se silniční stavitelství bude v blízké budoucnosti věnovat. Již před více než 15 lety bylo prvním krokem tímto směrem zavedení polymerem modifikovaných asfaltů v ČR. Oblast těchto technologií se postupně rozvíjela a dále rozvíjí. Současně s tím byly zavedeny i některé nové typy asfaltových směsí, jako jsou např. směsi s vysokým modulem tuhosti, kde je dnes snahou v oblasti aplikovaného výzkumu a průmyslového vývoje postoupit k další generaci tohoto typu směsí.

Dalším trendem je zaměření na celou konstrukci asfaltových vozovek s cílem rozvinout koncept vozovky s dlouhou životností, kdy dojde k prodloužení cyklů obnovy a snahou bude provádět periodickou údržbu a obnovu tenčích obrusných vrstev s životností dalších vrstev delší než 25 let. Tato skutečnost samozřejmě vyžaduje věnovat zvýšenou pozornost aplikaci a dalšímu rozvoji vhodných asfaltových pojiv, která se postupně budou přesouvat z oblasti tradičních silničních, nebo polymery modifikovaných či multigradových pojiv ke speciálním výkonovým pojivům. Důvodů pro tuto novou orientaci je hned několik:

• dostupnost vhodných rop je limitovaná a s rozvojem dalších regionů světa bude čím dál vzácnější komoditou,
• petrochemický průmysl nemá zájem na zvýšené produkci asfaltových pojiv, jelikož tento destilační zbytek z ekonomického hlediska nemá pro rafinerie dostatečnou ekonomickou přidanou hodnotu,
• rostoucí důraz na recyklaci starších konstrukcí a zvyšování podílu asfaltového recyklátu v asfaltové směsi bude vyžadovat adekvátní pojiva, která v maximální míře budou aktivovat a „oživí“ asfaltové pojivo z materiálu původní konstrukce,
• omezení celkové tloušťky konstrukce vozovky při zachování požadovaných charakteristik,
• zlepšit trvanlivost a životnost asfaltové směsi v kontextu výše uvedeného bude možné jen s využitím asfaltových pojiv, která budou aditivována či modifikována hned několika přísadami a modifikátory. Tento trend povede k potřebě mnohem intenzivnější spolupráce stavebních inženýrů a chemiků, případně i nanotechnologů. Oblast nanotechnologií je přitom teprve ve svých počátcích, nicméně jak v oblasti vhodných přísad, tak i například vláken uplatňovaných v některých typech asfaltových směsí představuje zcela novou oblast, která může vyústit k postupnému rozvoji inteligentních konstrukčních vrstev. Ty budou reagovat na konkrétní podmínky klimatu a zatížení a současně v budoucnosti budou pravděpodobně mít rozvinutou schopnost self-healing.

4) HLUK – PROBLÉM ŘADY EVROPSKÝCH REGIONŮ
Hluková zátěž zejména v zastavěných oblastech představuje poměrně závažný negativní efekt, který přináší pozemní komunikace, resp. její využívání silniční dopravou. Evropská komise v této souvislosti v posledních letech vyhlásila řadu cílů, kterým se chce věnovat, aby se životní prostředí obyvatel i v této oblasti zlepšilo. Ukazuje se přitom, že výstavba protihlukových stěn bezesporu není řešení, jelikož esteticky a psychologicky bezesporu vysoké stěny nepředstavují krajinu a prostředí, ve kterém by člověk chtěl žít. Proto jsou podporovány aktivity některých evropských projektů (např. TyroSafe), jejichž cílem je kromě jiného věnovat se i zlepšení spolupůsobení pneumatiky a obrusné vrstvy vozovky, stejně jako
i vlastní skladbě pneumatik. Jiné vývojové projekty se zaměřují na možnosti dalšího zlepšení konstrukce vozidel a zejména potom pohonů, které jsou jedním ze zdrojů hluku. V neposlední řadě pak samozřejmě existuje i technologický vývoj v oblasti materiálů a směsí používaných pro výstavbu obrusných vrstev a umožňující snižování hluku v důsledku úpravy některých vlastností, jako je např. textura povrchu. V této souvislosti lze zmínit jak drenážní asfaltové koberce či nízkohlučné asfaltové koberce mastixové, tak i drenážní betonové vrstvy nebo úpravu betonového krytu v podobě promývaného betonu.

V žádném případě nelze opomenout rozvoj patrný též v oblasti betonových vozovek, resp. konstrukčních vrstev z betonu. Navzdory skutečnosti, že více než 90 % všech zpevněných konstrukcí vozovek pozemních komunikací v ČR je z asfaltových směsí, mají betonové vozovky své opodstatnění a význam. I v této oblasti lze identifikovat některé rozvojové trendy, které se vedle využívání betonového recyklátu či dalšího zlepšování ve způsobech ošetření příčných a podélných spár týkají především vlastní betonové směsi, včetně například aktuálně probíhající iniciativy “zelených dálnic“ ve Spojených státech amerických, kde je zkoumána možnost úplné náhrady cementu vhodnými popílky. Dále je v této oblasti experimentálně ověřováno použití betonu s nízkou smrštitelností při hydratačním procesu, který by snížil počet nebo zcela omezil provádění příčných spár. Další úpravy se potom týkají především opatření, která by měla umožnit snížení hluku vznikajícího na styku vozovky a pneumatiky. V neposlední řadě lze z konstrukčního hlediska jako sledovaný trend uvést využití betonové vozovky na mostech či na okružních křižovatkách. Zkušenosti s takovými aplikacemi je možné hledat například v sousedním Rakousku. Zavádění výše uvedených trendů v ČR probíhá s různou intenzitou a má z pohledu zhotovitelů i správců pozemních komunikací rozdílné priority, resp. v některých případech zůstávají některé technologie nedoceněné. Z hlediska dlouhodobě ekonomicky udržitelného zajištění funkční silniční sítě však lze všechny uvedené oblasti považovat za nezbytnost, a čím dříve jim bude věnována společná pozornost a dojde k porozumění významnosti zavedení jednotlivých technologií, které tyto trendy reflektují, tím rychleji bude možné docílit dalšího zlepšení alokace veřejných prostředků a českou silniční síť přiblížit standardům vyspělých západoevropských zemí.

Current Technology Trends of the Road Pavements
Even though road construction has long been considered to be the low-tec industry, over the last decades a wide range of new trends have been recorded which are directly motivated by the knowledge of mechanical and imposed behaviour of pavement construction on one hand, as well as impacts which significantly predetermine construction lifetime and overall availability of road infrastructure. When developing new technologies of construction layers or modification of the existing technology, it is necessary to consider mainly the climate impacts. In case of bitumen mixtures it will be necessary to look for additional improvement, for example in increasing resistance against permanent deformation occurrence under higher temperatures. Specific technological application which may be observed at present, may be divided into several areas. They are: recycling, decreasing energy demands and last but not least, noise load. In the area of concrete pavements accounting for less than 10 % of consolidated road surfaces in the Czech Republic, some development trends may be identified which concerns mainly own concrete mixtures along with utilising concrete recycled elements or further improvement in the ways of treating cross and longitudinal joints.

Autoři

• Ing. Valentin Jan Ph.D.
• doc. Dr. Ing. Varaus Michal

Současné technologické trendy u vozovek pozemních komunikací