ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ v PRAZE FAKULTA STAVEBNÍ - ZKUŠEBNÍ LABORATOŘ Katedra silničních staveb Thákurova 7, PSČ 116 29 Praha 6 ODBORNÁ LABORATOŘ OL 136 telefon 224353880 telefax 224354902, e-mail: 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 3 6 0 7 4 / 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 71 25 401 Jílové u Prahy Datum vystavení zprávy: 31. 12. 2012 Vydal: Ing. Petr Mondschein, PhD. technický vedoucí OL Tato zpráva může být reprodukována jedině celá, její části pouze s písemným souhlasem zkušební laboratoře.
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 14227-1 Směsi stmelené hydraulickými pojivy Specifikace Část 1: Směsi stmelené cementem. 1. Postup posouzení TP 208 - 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 14227-1 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 14227-1 (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 14227-1 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.
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 0,61 - - 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 14227-1 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
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 14227-1 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.
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 2,5 290 75 75 RoadCem 0,04 200 107 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 31.12.2012 Ing. Zuzana Formanová Katedra silničních staveb Stavební fakulta ČVUT v Praze
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.
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