N o v é p o z n a t k y o h l e d n ě p o u ž i t í R o a d C e m u d o s m ě s í s t u d e n é r e c y k l a c e

Transkript

1 ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ v PRAZE FAKULTA STAVEBNÍ - ZKUŠEBNÍ LABORATOŘ Katedra silničních staveb Thákurova 7, PSČ Praha 6 ODBORNÁ LABORATOŘ OL 136 telefon telefax , petr.mondschein@fsv.cvut.cz, Zakázkové číslo : Počet výtisků : 2 Počet listů : 7 Výtisk č. : 1 List č. : 1 Z P R Á V A č / 1 2 N o v é p o z n a t k y o h l e d n ě p o u ž i t í R o a d C e m u d o s m ě s í s t u d e n é r e c y k l a c e Jméno a adresa zákazníka: PowerCem Czech Republic s.r.o. Ke Statku Jílové u Prahy Datum vystavení zprávy: Vydal: Ing. Petr Mondschein, PhD. technický vedoucí OL Tato zpráva může být reprodukována jedině celá, její části pouze s písemným souhlasem zkušební laboratoře.

2 Zkušební laboratoř List č.: 2 Zpráva obsahuje nové poznatky ohledně použití RoadCemu do směsí studené recyklace, které byly získány laboratorním experimentem v laboratoři katedry silničních staveb, FSv ČVUT v Praze. Zpráva byla vypracována Ing. Zuzanou Formanovou, studentkou dtorského studia. Pro vypracování zprávy byly k dispozici tyto materiály: TP 208 Recyklace konstrukčních vrstev netuhých vozovek za studena, ČSN EN Směsi stmelené hydraulickými pojivy Specifikace Část 1: Směsi stmelené cementem. 1. Postup posouzení TP Recyklace konstrukčních vrstev netuhých vozovek za studena je v České republice hlavním technickým předpisem pro tento druh směsí. Pro směsi s přidáváním cementu nebo asfaltové emulze nebo jejich kombinace definuje TP 208 dvě základní podmínky. Jedná se o požadavky na pevnost v příčném tahu po sedmi dnech a na odolnost proti vodě, což je v podstatě pevnost v příčném tahu na tělesech zrajících 7 dní na vzduchu a následně 7 dní ve vodě. Odpovídající předpis, který se zabývá novými směsmi do podkladních vrstev, je ČSN EN Směsi stmelené hydraulickými pojivy Specifikace Část 1: Směsi stmelené cementem. Tento předpis definuje naopak požadavky na pevnost směsi v tlaku po 28 dnech. Oba předpisy se navíc rozcházejí v požadovaném způsobu přípravy zkušebních těles a době jejich zrání. Za účelem zachycení vlivu RoadCemu a zmapování rozdílů mezi oběma přístupy byly navrženy tři směsi různého složení, přičemž z každé z těchto směsí byla vyrobena zkušební tělesa oběma způsoby. Zaprvé se jedná o postup z TP 208 (tělesa označená písmeny A, B a C) a druhá skupina těles byla vyrobena pomocí metody stanovené v ČSN EN (tělesa označená písmeny E, F a G). Směs A resp. E je příkladem typické směsi studené recyklace s přidáním cementu a asfaltové emulze, směs B resp. F a směs C resp. G obsahují namísto asfaltové emulze různé množství RoadCemu. Dříve prováděné výzkumy v naší laboratoři (viz příloha 1) prázaly, že je možné tuto látku přidávat do recyklované směsi jako jistou alternativu asfaltové emulze, a to především protože obdobně jako asfaltová emulze značně zlepšuje odolnost směsi proti vodě. Toto tvrzení se novými zkouškami potvrdilo, jak je patrné z tabulky 1. Výsledné hodnoty jsou vždy průměrné hodnoty ze tří měření. Zkoušky prováděné na tělesech vyrobených podle ČSN EN ovšem poukázaly na další přínosy RoadCemu, v první řadě se jedná o značné zvyšování pevnosti směsi v příčném tahu v čase. Všechny směsi obsahují cement, a proto je nárůst pevnosti naprosto očekávatelným jevem. Přesto když porovnáme nárůst pevností v příčném tahu u směsí s a bez obsahu RoadCemu, docházíme k poznatku, že i samotný RoadCem přispívá k nárůstu pevnosti směsi s dobou zrání. Vlastnosti recyklovaných směsí s obsahem RoadCemu, které jsou většinou zkoušeny podle TP 208, tedy na pevnost v příčném tahu po sedmi dnech a odolnost proti vodě, budou tudíž pravděpodobně ještě mnohem lepší, než se předpládalo.

3 Zkušební laboratoř List č.: 3 A B C Tab. 1 Výsledky zkoušek na tělesech vyrobených podle TP 208 Složení směsi Objemová hmotnost Pevnost v příčném tahu Splněno? Odolnost proti vodě [%] [g.cm -3 ] [Mpa] [Mpa] [Mpa] [Mpa] Emulze 2,5 2,288 0,61-0,65 5*R t = 0,46 RoadCem 0 RoadCem 0,28 RoadCem 0,14 2,272 0,60 2,267 0, ,69 0,67 5*R t = 0,45 5*R t = 0,46 Splněno? Druhým neméně důležitým přínosem RoadCemu, který je také zaznamenán v tabulce 2, je výrazné zvýšení pevnosti směsi v tlaku. Zkoušky byly prováděny na tělesech připravených podle ČSN metodou Proctor modifikovaný, tělesa mají tedy štíhlostní poměr 0,8. Zobrazené hodnoty jsou opět průměrem ze tří měření. 2. Možné využití RoadCemu Použití recyklovaných materiálů už není v současné době omezeno pouze na podkladní vrstvy vozovek nižších tříd. Recyklace podkladní vrstvy in-situ se objevila např. i v projektové dumentaci pravděpodobně nejvýznamnější české stavby nejbližších let - modernizace dálnice D1. Konkrétně se jedná o recyklaci podkladní vrstvy cementové stabilizace, která má být provedena za studena na místě podle TP 208, přičemž výsledná vrstva má mít vlastnosti SC C8/10, tedy vlastnosti nové směsi stmelené cementem. Podle starého názvosloví by se tento požadavek dal vyjádřit jako recyklovaná vrstva v kvalitě KSC. Prakticky to znamená, že recyklovaná cementová stabilizace musí splňovat pevnost v tlaku po 28 dnech 8 MPa na válcových tělesech o štíhlostním poměru H/D = 2 a 10 MPa na tělesech tvaru krychle nebo válce o štíhlostním poměru 1,0 (resp. 0,8 1,21). Kolik pojiva bude ovšem k dosažení tak vysé pevnosti v tlaku zapotřebí? Tabulka 2 jasně ukazuje, že hodnoty pevnosti v tlaku, se ani z daleka neblíží požadované hodnotě 10 MPa. Z tohoto důvodů bude pravděpodobně nutné dosahovat požadovanou pevnost přidáním velkého množství cementu, čímž ovšem vzniká další

4 Zkušební laboratoř List č.: 4 problém. Zvýšený obsah hydraulického pojiva s sebou totiž nese nebezpečí rychlého nárůstu pevnosti, který může mít za následek vznik hydratačních trhlin, které se často projevují až na povrchu vozovky jako propírované reflexní trhliny a vyžadují náročnou hloubkovou opravu vozovky. Proto je také omezena horní hranice pro pevnost v příčném tahu po sedmi dnech na MPa (viz tab. 1). Výše uvedené důvody vedou k závěru, že použití RoadCemu by se jevilo jako možné řešení pro podobné situace, protože jednak značně zvyšuje pevnost směsi v tlaku a jednak zaručuje dostatečnou pružnost vrstvy, takže zabraňuje vzniku hydratačních trhlin, zapříčiněných velkým obsahem cementu ve směsi. Tab. 2 Výsledky zkoušek na tělesech vyrobených podle ČSN EN Složení směsi Objemová hmotnost Pevnost v tlaku Třída pevnosti Pevnost v příčném tahu po 28 dnech [%] [g.cm -3 ] [Mpa] [Mpa] E Emulze 2,5 2,180 3,71 C 1,5/2,0 3 RoadCem 0 F 2,186 6,60 C 5/6 1,07 RoadCem 0,28 G 2,177 5,35 C 3/4 0,82 RoadCem 0,14 3. Krátké finanční srovnání Pud bychom se pusili o krátké finanční srovnání, při současné ceně RoadCemu 500 Kč/kg a ceně asfaltové emulze 11,5 Kč/kg znamená jejich přidávání následující přírůstek ceny každé tuny směsi: zhruba 290 Kč/t při přidávání 2,5% asfaltové emulze u směsí A a E zhruba 1400Kč/t při přidávání 0,28% RoadCemu u směsí B a F zhruba 700Kč/t při přidávání 0,14% RoadCemu u směsí C a G Z uvedených poznatků vyplývá velmi hrubý odhad, že zvýšení pevnosti v tlaku jedné tuny směsi pomocí přidávání RoadCemu o 0,1 MPa stojí zhruba 400Kč.

5 Zkušební laboratoř List č.: 5 Při srovnání směsí 1 a 2 z Přílohy 1 docházíme k závěru, že přidání 0,04% RoadCemu, které už vede ke splnění podmínky na odolnost směsi proti vodě, znamená prodražení každé tuny směsi zhruba o 200Kč. Srovnání směsí A a 2, které obě splňují podmínku na odolnost směsi proti vodě, shrnuje následující tabulka. Tab. 3 Finanční srovnání směsí A a 2 Obsah přísady Přírůstek ceny Odolnost proti vodě [%] Kč/t [%] [%] Splněno? Emulze 2, RoadCem 0, Přidání obvyklého množství asfaltové emulze sice vede k lepší odolnosti směsi proti vodě, limit ovšem splňuje i směs s přidáním RoadCemu, která je v tomto případě levnější. V Praze Ing. Zuzana Formanová Katedra silničních staveb Stavební fakulta ČVUT v Praze

6 Zkušební laboratoř List č.: 6 Příloha 1: Příznivý vliv RoadCemu na odolnost směsi proti vodě V TP 208 je podmínka na odolnost směsi proti vodě definována tak, že pevnost v příčném tahu změřená na tělesech, která zrála 7dní na vzduch a poté 7 dní ve vodě musí dosáhnout alespoň 75% pevnosti v příčném tahu těles zrajících pouze 7 dní na vzduchu. Směsi obsahující jako pojivo pouze cement obecně špatně snášejí zrání ve vodě, což je jeden z důvodů pro používání obvyklé kombinace pojiv cement a asfaltová emulze. Naměřené hodnoty ovšem ukazují, že by bylo možné ekologicky nevhodnou a čím dál dražší asfaltovou emulzi nahradit přidáváním RoadCemu. Tab. 1 Vliv RoadCemu na odolnost směsi proti vodě 1 2 Složení směsi Pevnost v příčném tahu Splněno? Odolnost proti vodě [%] [Mpa] [Mpa] [Mpa] [Mpa] R-materiál RoadCem 0 R-materiál RoadCem 0,04 0,69-0,28 0,64-0,48 5*R t = 0,52 5*R t = 0,48 Splněno? Nesplněno! Tabulka 1 a především následující graf jasně ukazují, že i nepatrné množství této příměsi dáže diametrálně zvýšit odolnost směsi proti vodě. Směsi 1 a 2, které mají až na obsah RoadCemu úplně totožné složení, dosahují srovnatelné pevnosti v příčném tahu po sedmi dnech, jejich odolnost proti vodě se ovšem liší téměř dvojnásobně. Z hlediska požadavků na odolnost směsi proti vodě podle TP 208 je ještě potřeba doplnit informaci, že pouhá 0,04% této příměsi u směsi 2 rozhodnou o splnění podmínky kontrolních zkoušek, narozdíl od směsi 1, která podmínky zdaleka nesplňuje.

7 Zkušební laboratoř List č.: 7 Pevnost v příčném tahu [MPa] 0,9 0,8 0,6 0,5 0,4 0,2 0,1 0,0 RecRC2 RecRC3 7 dní 7+7 dní Obr. 1 Vliv RoadCemu na odolnost směsi proti vodě