Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Facultatea de constructii

Ingineria Infrastructurii Transporturilor

Lucrare de cercetare

Reciclarea asfaltului

Savan Mihai-Dan gr. 31312

1

Capitolul I – Investigarea proprietăţilor asfaltului

I.1. Introducere Asfaltul este un amestec complex de molecule organice care variază în compoziţia chimică şi

greutatea moleculară. Betonul asfaltic este pavajul rutier de materiale cu proprietăţi excelente şi este utilizat pe scară largă în construcţia pavajului. Este periculos însă să se aplice mixtura asfaltică în tunel sau benzinărie din cauza inflamabilităţii. De-a lungul ultimilor ani, mai multe investigaţii au fost făcute în zonele rutiere de incendiu.

Cu toate acestea, există discuţii în literatura de specialitate pe baza utilizării de umplutură, cum ar fi pulberile de calcar, pudreta de cauciuc, SiO2 şi negrul de fum, ca modificator pentru mixtura asfaltică. Calorimetria de scanare diferenţială (DSC) şi termogravimetria (TG) au fost folosite pentru a investiga efectul hidroxidului de aluminiu în proprietăţile termice ale liantului pentru asfalt. Amestecul a fost creat folosind metodele Superpave, fiind evaluată şi performanţa pavajului.

Metoda de amestec Superpave de proiectare prevede un mijloc complet, cuprinzător pentru proiectarea mixturilor asfaltice, care va atinge un nivel de performanţă proporţional cu cererile unice de trafic, climă, structura pavajului şi fiabilitatea pentru proiect. Aceasta facilitează selecţia liantului de asfalt, agregate şi modificator pentru a atinge nivelul performant al pavajului.

I.2. Materii prime şi metode Toate substanţele ignifuge au fost produse comercial. Proprietăţile asfaltului şi substanţele ignifuge

sunt trecute în tabelul 1. Tabelul 1 – Proprietăţile asfaltului utilizat şi ale substantelor de ignifugare

Materii prime Proprietăţi Valori Penetrare (25oC, 100 g, 5 s,

0,1mm) 67

Ductilitate (5 cm/min, 5oC) 45

Asfalt

Punctul de înmuiere (oC) 81,5 Densitate (g/cm3) 2,42 Trihidroxid de aluminiu (ATH)

Dimensiunea maximă a particulei (µm)

10

Densitate (g/cm3) 2,67 Dimensiunea maximă a particulei

(µm) 5

Boratul de zinc (ZB)

Pierderile maxime prin ardere (%) 15,5 Densitate (g/cm3) 5,17

Dimensiunea maximă a particulei (µm)

1,6

Trioxid de antimoniu

Punctul de topire (oC) 656 Densitate (g/cm3) 3,25

Dimensiunea maximă a particulei (µm)

5

Concentraţia minimă de brom (%) 82 Concentraţia maximă de brom

liber (%) 10

Decabromodifenil eter (EBPED)

Temperatura de piroliză (oC) 320

2

Agregatul dolerit a fost utilizat pentru pregătirea mixturilor asfaltice şi pulberile de calcar sfărâmate au fost aplicate sub formă de pubere minerală (sau sub formă de umplutură). Tabelul 2 prezintă un rezumat al agregatelor şi al proprietăţilor prafului de minerale.

Tabelul 2 – Proprietăţile agregatelor utilizate şi ale pudrei minerale

Materii prime Proprietăţile testului Rezultatele testului

Unghiularitatea agregatului brut (%)

100

Unghiularitatea agregatului fin (%)

52

Particulele alungite (%) 9,8 Conţinutul de argilă (%) 0,3

Greutatea specifică a agregatului brut (g/cm3)

2,838

Absorbţia agregatului brut (%) 2,3 Greutatea specifica a agregatului

fin (g/cm3) 2,801

Absorbţia agregatului fin (%) 4,3 Echivalentul de nisip (%) 65

Greutatea specifică a agregatului combinat (g/cm3)

2,825

Greutatea specifică aparentă a agregatului combinat (g/cm3)

3,022

Pierderea prin frecare (%) 12,6 Acţiunea de finisare (%) 8,15

Agregat

Valoarea finisării 0,60 Greutatea specifică (g/cm3) 2,727

Conţinutul de CaO (%) 52,3 Conţinutul de SiO2 (%) 1,68

Procentul de alunecare 0,3 mm 99,4 Procentul de alunecare 0,15 mm 97,4

Pudră minerală

Procentul de alunecare 0,075 mm 88,9

Lianţii asfaltului cu flacără rezistentă au fost formaţi după cum urmează: asfaltul a fost încălzit la 170oC într-un container de încălzire pe baie de ulei, până când acesta trecea pe deplin. Cantităţi adecvate ale produsului de ignifugare au fost adăugate în amestec, fiind amestecate timp de 30 minute cu un agitator stabilit suficient de repede pentru a crea un vârtej mic. Apoi, sunt turnate eşantioanele analizate.

Două tipuri de substanţe ignifuge au fost pregătite după cum urmează: structura asfaltică modificată cu amestecuri ignifuge – amestecul ignifug incluzând EBPED (decabromodifenil eter), ZB (borat de zinc) şi trioxid de antimoniu sunt adăugate în liantul pentru asfalt, înainte de a fi turnat – şi structura asfaltică modificată cu trihidroxid de aluminiu, după proiectarea amestecului, cantitatea dorită de umplere a fost eliminată şi înlocuită cu o cantitate egală de trihidroxid de aluminiu să prepare mixtura asfaltică modificată cu trihidroxid de aluminiu. Pe baza rapoartelor anterioare de cercetare, liantul pentru asfalt este modificat prin adăugarea a 6% amestec ignifug (EBPED: trioxid de antimoniu: borat de zinc = 3:1:1) de masă. Metodele limitării indicelui de oxigen sunt folosite pentru a măsura inflamabilitatea lianţilor pentru asfalt şi pentru a investiga eficacitatea trihidroxidului de aluminiu conform ASTMD-2863-77. Procedurile de testare au fost după cum urmează: prima probă a fost calcinată cu o flacără de gaz, care este oprită odata ce arderea

3

a avut loc, şi apoi cea mai mică concentraţie de oxigen dintr-un amestec de azot şi oxigen, care doar susţine arderea, poate fi determinată.

Calorimetria de scanare diferenţială (DSC) şi termogravimetria (TG) au fost performate utilizând STA449C pentru a studia proprietăţile termice ale asfaltului. Testul a fost efectuat ţinând cont de curgerea de aer de 20 ml/min şi de rata de încălzire de 10oC/min, aproximativ 10 mg de probă fiind luate în fiecare caz şi trasate curbele faţă de proba etalon.

Prin procedura AASHTO TP4, bazată pe greutatea specifică a agregatelor selecţionate, a fost calculat conţinutul liantului pentru asfalt la 5% din masa totală a amestecului. Mixtura asfaltică a fost supusă unui test de rezistenţă la temperatura de compactare de 2 ore într-un cuptor pentru a simula îmbătrânirea liantului şi absorbţia în timpul construirii de pavaje asfaltice calde. Pentru a evalua performanţa mecanică a mixturii asfaltice modificată cu substanţe ignifuge, dimensiunile cilindrului (diametru de 101,6 mm şi înălţimea de 63,5 mm) au fost produse cu 75 lovituri de energie de compactare pe fiecare parte de Compactorul Marshall.

I.3. Rezultate şi discuţii Figura 1 afişează efectul trihidroxidului de aluminiu şi conţinutul amestecului de substanţe ignifuge

privind limitarea indicelui de oxigen. Rezultatele experimentale ale indicelui de oxigen indică faptul că două tipuri de asfalt modificat cu substanţe ignifuge se prezintă mai bine atunci când sunt introduse cantităţi adecvate de substanţe ignifuge.

Figura 1 – Efectul trihidroxidului de aluminiu şi conţinutul amestecului ignifug privind limitarea

indicelui de oxigen

Figura 2 - Rezultatele testului DSC-TG

4

Variaţiile conţinutului de trihidroxid de aluminiu în intervalele selectate au cel mai mare efect în creşterea conţinutului de substanţă de ignifugare a liantului pentru asfalt. Asfaltul este transformat dintr-un material inflamabil într-un material ignifug.

Comportamentul termic al amestecului ignifug modificat a fost investigat în cercetările anterioare. Amestecul ignifug reduce semnificativ valoarea picului. Asfaltul este un amestec complex de hidrocarburi care conţine oxigen, sulf şi azot, astfel încât un număr mare de picuri exoterme sunt respectate pe curbă, care indica faptul că o mulţime de ingrediente se transformă în timpul testului (figura 2). Se sugerează că apa cristalizată este reţinută şi continuă să fie eliminată cu creşterea temperaturii, când trihidroxidul de aluminiu este adăugat în liantul pentru asfalt. Astfel, trihidroxidul de aluminiu poate creşte conţinutul substanţei ignifuge la temperatură mai ridicată. A două etapă de degradare a liantului pentru asfalt are loc de la 500oC la 800oC, pierderea în greutate continuând să crească cu formarea în final a doar 1,14% cărbune. Din datele obţinute experimental, adăugarea adecvată de trihidroxid de aluminiu a schimbat drastic comportamentele la degradarea termică şi a crescut substanţa de ignifugare a liantului pentru asfalt. Liantul pentru asfalt şi agregatele au fost selectate pentru mixtura asfaltică şi combinaţii variate ale acestor materiale au fost evaluate pentru a determina mixtura optimă utilizând compactorul Superpave. Controlul mixturii asfaltice a fost testat pentru a evalua efectul substanţei de ignifugare şi a trihidroxidului de aluminiu în mixturile asfaltice. Golurile în agregatele minerale, golurile umplute cu asfalt, golul de aer, conţinutul efectiv de asfalt şi proporţia de praf sunt foarte importante pentru mixturile asfaltice. Conţinutul iniţial de liant pentru asfalt a fost calculat la 5% din masa totală a amestecului bazat pe greutatea specifică a agregatelor selecţionate. Figura 3 – Sortarea agregatelor prin testul Superpave

Tabelul 3 prezintă rezultatele estimate ale proprietăţilor amestucului. Rezultatele indică faptul că

gradaţia amestecului selectat îndeplineşte toate sarcinile limită folosind liantul pentru asfalt original şi amestecul ignifug sau lianţii pentru asfalt modificaţi de trihidroxidul de aluminiu. Conţinutul optim de asfalt al amestecului ignifug modifică mixtura asfaltului şi este mai mare decât cea a controlului.

În scopul de a investiga efectul apei în mixturile asfaltice compacte, stabilitatea Marshall şi pierderea stabilităţii Marshall au fost măsurate în conformitate cu procedurile Marshall. Opt mostre din fiecare amestec au fost scufundate în baie de apă la 60oC. După 30 minute, patru mostre au fost testate de valorile de stabilitate Marshall, celelalte patru mostre fiind testate după 24 de ore. Rezultatele obţinute sunt trecute în tabelul 4. Aceste constatăti sugerează că utilizarea mixturii asfaltice modificată cu trihidroxid de aluminiu poate creşte stabilitatea Marshall şi poate îmbunătăţii rezistenţa la umiditate a acestor amestecuri. Astfel, amestecul ignifug şi trihidroxidul de aluminiu pot îmbunătăţi stabilitatea Marshall şi pierderea stabilităţii Marshall a mixturilor asfaltice comparativ cu mixtura asfaltică de control.

5

Tabelul 3 – Rezultatele estimate

Tipul de amestec Rezultatele estimate FRMAM Controlul amestecului

Criteriu

Proba de Pb 5 5 - Pb 5 4,8 - %VMA 15,8 15,2 > 13 %VFA 75,1 73,7 65-75 %Gmm (Niniţial) 88,1 88,4 < 89 %Gmm (Nmax) 97,6 97,9 < 98 Pbe 4,9 4,7 - DP 1,10 1,15 0,6-1,2

RFMAM – Mixtura asfaltică modificată cu substanţe ignifuge Tabelul 4 – Rezultatul testului de stabilitate Marshall pentru ambele mixturi asfaltice

Mixtura asfaltică modificată cu trihidroxid de aluminiu cu conţinut diferit de trihidroxid de aluminiu

Tipul mixturii

FRMAM Mixtura de control

10% 20% 30% 40% Golul de aer

(%) 4,4 4,3 4,1 4,2 4,4 4,5

Stabilitatea iniţială (kN)

12,5 11,2 12,1 11,8 11,6 11,4

Stabilitatea condiţionată

(kN)

10,8 9,6 10,6 10,3 10 9,7

Pierderea (%) 13,6 14,3 12,4 12,7 13,8 14,9 Opt eşantioane cu gol de aer de 6-8% au fost făcute de Marshall pentru a testa rezistenţa indirectă la

tracţiune şi pierderea rezistenţei indirecte la tracţiune. Patru mostre din fiecare amestec au fost plasate în containerul de vid cu 98,5 Kpa. După 15 minute de saturaţie în vid, mostrele sunt învelite fiecare cu pungi de plastic conţinând 10 ml apă şi au fost sigilate. Au fost plasate într-un congelator la o temperatură de 18oC timp de 16 ore. După congelare, au fost decongelate în apă la 60oC timp de 24 de ore. Apoi opt probe din fiecare amestec sunt plasate într-o baie de apă la 25oC pentru 2 ore. În cele din urmă, o mostră a fost aplicată la toate modelele prin forţarea plăcii la o rată constantă de 50 mm/min. Rezultatele testelor sunt afişate în tabelul 5.

Rezistenţa indirectă la tracţiune, iniţială şi finală, a amestecului de asfalt de control este mai mare decât cea a mixturii asfaltice modificată cu substanţe ignifuge, dar mai mică decât cea a mixturii asfaltice modificată cu trihidroxid de aluminiu. Pierderea rezistenţei indirecte la tracţiune creşte cu creşterea conţinutului de trihidroxid de aluminiu. Rezultatele au arătat faptul că mixtura asfaltică modificată cu substanţe ignifuge şi/sau trihidroxid de aluminiu nu distruge rezistenţa indirectă la tracţiunea mixturilor asfaltice comparativ cu cea de control.

6

Tabelul 5 – Rezultatele testului de rezistenţă indirectă la tracţiune

Mixtura asfaltică modifică cu trihidroxid de aluminiu cu

conţinut diferit de trihidroxid de aluminiu Tipul

mixturii FRMAM Mixtura de

control 10% 20% 30% 40%

Golul de aer (%)

6,5 6,6 6,2 6,5 6,3 6,4

Rezistenţa indirecta la tracţiune

iniţială (MPa)

0,89 0,97 0,98 1,00 1,01 1,03

Rezistenţa indirectă la tracţiune

condiţionată

0,78 0,86 0,84 0,86 0,87 0,89

Pierdere (%) 12,4 11,3 14,3 14,00 13,9 13,6 I.4. Urmărirea rezultatelor testului În figura 4 sunt prezentate rezultatele testului. Stabilitatea dinamică (DS) a fost calculată cu ecuaţia:

DS=45604560

154215

dd

x

dd

N

−=

−. Stabilitatea dinamică a 4117 cicluri/mm, 4921 cicluri/mm şi 4375 cicluri/mm a

fost obţinută pentru un amestec de control, pentru mixturile asfaltice modificate cu substanţe ignifuge şi pentru mixturile asfaltice modificate 30% cu trihidroxid de aluminiu. Rezultatele indică faptul că substanţele ignifuge şi trihidroxidul de aluminiu pot îmbunătăţi rezistenţa rutului mixturilor asfaltice. Creşterea rezistenţei rutului permanent creşte cu creşterea conţinutului de trihidroxid de aluminiu în mixtura asfaltică. Trihidroxidul de aluminiu are un efect redus asupra urmării rezultatelor testelor a mixturilor asfaltice.

Conţinutul mare de asfalt poate duce la deformări mari permanente, din cauza liantului pentru asfalt prea mult în amestec, care duce la pierderea de frecare internă între particulele de agregate. Mixtura asfaltică modificată cu substanţe ignifuge prezintă rezistenţă mai bună la şanţ; se crede că ele contribuie mult la capacitatea de coeziune în mixturile asfaltice. Particula de trihidroxid de aluminiu este mai mică şi factorul de suprafaţă este mai mare. Deci, absoarbe mai mult liantul de asfalt decât cel de umplere.

Figura 4 – Rezultatele testului de rulare a mixturii asfaltice

7

Capitolul II – Utilizarea deşeurilor solide reciclate în pavajele de asfalt II.1. Introducere Utilizarea tot mai largă de materiale reciclate în pavajul de asfalt, solicită pentru evaluarea efectelor

de mediu, aportul de energie şi amprenta de CO2. Construcţia şi întreţinerea drumurilor din Marea Britanie consumă cantităţi mari de agregate extrase. Utilizarea deşeurilor secundare (reciclate), faţă de cele primare (pure), ajută la facilitarea şi reducerea cererii de extracţie. Cu toate acestea, performanţa rutieră inferioară şi costurile suplimentare au împiedicat utilizarea pe scară largă a agregatelor secundare în astfel de aplicaţii. Acesta este cazul special în straturile superficiale ale pavajelor de asfalt care poate reprezenta o cerere de valoare pentru reciclarea deşeurilor de materiale solide.

Evaluarea ciclului de viaţă este acceptată de către industria rutieră. Scopul ei este de a cuantifica şi centraliza toate efectele asupra mediului din durata de viaţă a produsului sau procesului. Sunt furnizate detalii atât de metodologie, cât şi de achiziţia de date. Din producţia de asfalt fierbinte şi bitum s-a constatat că aceste procese sunt mari consumatoare de energie. Acestea sunt urmate de analiza datelor şi verificarea sensibilităţii.

Lucrarea începe cu un studiu specific de laborator care vizează perfecţionarea asfaltului reciclat cu performanţele mecanice mari, pentru suprafaţa şi structura straturilor pavajelor flexibile. Scopul cercetării a fost de a combina în acelaşi material cantitatea maximă posibilă de asfalt reciclat, provenind din straturile degradate de asfalt, împreună cu performanţele structurale ridicate ale amestecurilor reciclate obţinute care nu ar trebui să fie mai mici, sau, eventual, mai bune decât cele oferite de mixturi asfaltice tradiţionale, realizate cu lianţi puri şi agregate. Un model de utilizare a deşeurilor de sticlă, zgură de oţel, anvelope şi materiale plastice, care analizează standardele şi literatura pentru cerinţele tehnice pentru construirea pavajelor de asfalt folosind astfel de materiale reciclate, a fost aplicat la Londra. Rezultatele testelor fizice şi mecanice arată că prin controlul omogenităţii materialelor reciclate şi prin folosirea noului bitum cu proprietăţi adecvate, este posibilă obţinerea mixturii asfaltice cu conţinut ridicat de materiale reciclate, iar în ceea ce priveşte destinaţia acestora pot fi considerate ca ”amestecuri de înaltă performanţă“.

În lume există peste 15 milioane kilometri de drumuri pavate şi autostrăzi, dintre care câteva sute de mii necesită lucrări importante de reabilitare. Guvernele şi autorităţile locale de pretutindeni alocă anual aproximativ 100 miliarde USD în încercarea de a menţine arterele rutiere funcţionale şi sigure. Chiar şi în aceste condiţii există un deficit global semnificativ de drumuri deteriorate datorat bugetelor neadecvate alocate pentru transport şi costurilor ridicate impuse de metodele tradiţionale de reabilitare.

Îmbrăcămintea asfaltică rutieră deteriorată se caracterizează printr-o calitate slabă în exploatare şi degradări fizice, cum ar fi crăpături, făgaşe şi suprafaţă lunecoasă de rulare. Deteriorarea îmbrăcăminţii asfaltice rutiere este influenţată în mare măsură de condiţiile climaterice aspre, de volumul ridicat de trafic, precum şi de modul de construcţie al drumului şi de calitatea lucrărilor de întreţinere.

Aşa cum se poate observa în graficul alăturat, procesul de deteriorare a îmbrăcăminţii asfaltice rutiere se accelerează după câţiva ani de exploatare, dar reabilitarea din timp prin reasfaltare sau reciclare poate restaura calitatea îmbrăcăminţii asfaltice rutiere şi extinde astfel durata de viaţă a respectivei artere rutiere. Studiile efectuate de Banca Mondială au arătat că reciclarea îmbrăcăminţii asfaltice rutiere este deosebit de eficientă din punct de vedere al costurilor, mai ales atunci când este executată înainte ca deteriorarea să ajungă într-un stadiu extrem de avansat.

Stratul de rulare al îmbrăcăminţii asfaltice rutiere este compus din bitum şi agregate minerale granulare. Bitumul sau cimentul asfaltic este un subprodus al petrolului, iar agregatele minerale sunt un amestec între rocă de înaltă calitate şi nisip. În multe regiuni din lume aceste materiale se găsesc în cantităţi limitate, ceea ce le face implicit mai scumpe. De zeci de ani cei responsabili cu îmbrăcămintea asfaltică rutieră au încercat diferite metode de reciclare pentru a putea folosi mai bine agregatele minerale şi bitumul prezent în asfaltul deteriorat. Una dintre cele mai promiţătoare metode este reciclarea la cald in situ, pentru care s-au produs deja o gamă largă de utilaje.

8

Procedeele utilizate de către echipamentele din generaţiile mai vechi întâmpină numeroase

dificultăţi, care au fost însă depăşite în mare măsură prin dezvoltarea recentă a unor soluţii inovatoare. Acestea au fost cu success încorporate în Super Ansamblul pentru Reciclat AR2000 al companiei Martec, care rezolvă acum problema reciclării asfaltului la cald beneficiind de avantaje ecologice, tehnice şi economice.

Gestionarea deşeurilor rezultate indică faptul că, deşi există un potenţial mare pentru furnizarea de

materiale secundare, au existat câţiva factori care au deprimat în mod eficient activităţile de reciclare. După identificarea şi cuantificarea acestor bariere o scurtă discuţie sugerează modalităţile de eliminare a lor.

Tabelul 6 – Straturi structurale ale pavajelor flexibile şi rigide

Pavaj flexibil Pavaj rigid

Stratul de suprafaţă Suprafaţă Stratul de legătură

Suprafaţă asfaltată

Bază Armătură Pavaj din beton de calitate

Sub-bază Fundaţie Coronament Sub-bază Fundaţie naturală Fundaţie naturală

9

Aproximativ 95% din drumurile din Marea Britanie sunt pavate cu mixturi asfaltice. Construirea şi întreţinerea acestor drumuri necesită cantităţi mari de agregate, care sunt considerate mai mult de 90% din greutatea mixturilor asfaltice. Se estimează că în 1999, Marea Britanie a produs 26 Mt de asfalt amestecat la cald, care poate duce la presupunerea că aproximativ 20 Mt au fost consumate. Agenţia Drumurilor foloseşte aproximativ 15 Mt de agregate anual pentru drumuri şi autostrăzi în Anglia, în timp ce în Ţara Galilor circa 48Mt industriale, 30 Mt comerciale şi 28 Mt de deşeuri municipale au fost generate, iar un procent considerabil fiind trimis la depozitul de deşeuri. O astfel de gestionare a resurselor nu pare a fi în conformitate cu strategia ţării pentru construcţia durabilă care necesită minimizarea consumului de resurse naturale.

În Marea Britanie, extragerea s-ar putea face până în 2020. Situaţia pare mai ugentă pentru site-urile depozitelor de deşeuri aprobate, astfel se aşteaptă a se ieşi din spaţiu în următorii 5-10 ani (Agenţia de Mediu, 2006). Pe baza unor astfel de presiuni, guvernul britanic a introdus impozitul de deşeuri în 1996 şi pe agregatele recrutate în 2002.

Autorităţile din Marea Britanie se ocupă mai mult cu menţinerea şi repararea drumurilor decât cu construirea lor. Astfel de lucrări afectează în principal straturilor superioare ale pavajului. Materialele destinate pentru reciclare sunt în măsură să îndeplinească specificaţiile relevante prin folosirea tehnologiilor şi facilităţilor disponibile la un cost rezonabil.

O metodă tradiţională pentru reasfaltarea drumurilor deteriorate este aplicarea unui nou strat de mixtură asfaltică fierbinte, cu sau fără frezarea la rece şi înlăturarea iniţială a stratului de rulare existent. Adăugarea de noi straturi este o metodă folosită în mod normal pe întreaga suprafaţă a drumului, incluzând şi benzile de încadrare. Această metodă tradiţională foloseşte importante cantităţi de resurse naturale, cum ar fi bitum şi agregate minerale de înaltă calitate. Procesul de adăugare de noi straturi la îmbrăcămintea asfaltică rutieră existentă este nu numai costisitor, dar şi un potenţial pericol pentru conducătorii auto. Acest procedeu reprezintă o irosire de resurse, inclusiv timp prin întreruperile de trafic pe care le cauzează.

Reciclarea asfaltului la cald in situ Reciclarea la cald in situ este un procedeu de reabilitare a îmbrăcăminţii asfaltice rutiere degradate.

Operaţiunea este realizată în întregime pe loc prin intermediul unui ansamblu de maşini (tren) şi începe prin aplicarea de caldură pentru a înmuia stratul de rulare al îmbrăcăminţii asfaltice rutiere. Materialul asfaltic înmuiat este înlăturat prin intermediul dispozitivelor de frezat şi ulterior amestecat cu sau fără adăugarea vreunui agent de reciclare. Mixtura asfaltică reciclată este apoi aşternută de-a lungul drumului şi compactată pentru a completa procesul de reciclare. Deşi această metodă bazată pe reciclare în proporţie de 100% este absolut eficientă, anumite opţiuni de remixare cum ar fi adăugarea de nouă mixtură asfaltică fierbinte sau de noi agregate minerale pot fi necesare pentru corectarea structurală şi îmbunătăţirea drumului.

Reciclarea asfaltului la cald in situ rezolvă în mod eficient simptomele clasice de deteriorare a îmbrăcăminţii asfaltice rutiere: • fisurile şi crăpăturile sunt umplute; • agregatul sărăcit în bitum este reamestecat şi refolosit; • făgaşele şi gropile sunt umplute, denivelările sunt corectate, coroana drumului şi drenajul drumului sunt restabilite; • flexibilitatea este restabilită prin refolosirea asfaltului îmbătrânit şi fragil ca urmare a unui procedeu chimic; • proporţia de agregate minerale din conţinutul asfaltului poate fi modificată; • siguranţa rutieră este îmbunătăţită prin creşterea rezistenţei la derapare.

Un drum care se pretează la reasfaltare prin frezarea la rece şi adăugarea ulterioră a unui strat suplimentar de mixtură asfaltică fierbinte este adecvat şi pentru reciclarea asfaltului la cald in situ. Îmbrăcămintea asfaltică rutieră obţinută din mixtura asfaltică reciclată la cald are în general performanţe la fel de bune, dacă nu chiar mai bune ca îmbrăcămintea asfaltică rutieră obţinută din mixtura asfaltică fierbinte realizată prin metode tradiţionale.

10

Generaţiile mai vechi de echipamente de reciclare a asfaltului la cald in situ foloseau fie utilaje pentru încălzit cu flacără deschisă, fie utilaje pentru încălzit cu infraroşu de mare intensitate, în ambele variante folosindu-se combustibil propan. Aceste sisteme de încălzire tind să supraîncălzească şi să distrugă legătura asfaltică, provocând totodată fum şi alte noxe nedorite. Încercările de a evita astfel de dificultăţi prin aplicarea de mai puţină căldură conduc de cele mai multe ori la spargerea agregatelor în timpul operaţiunii de frezare. Dacă îmbrăcămintea asfaltică rutieră este supraîncălzită sau subîncălzită, rezultatul este un produs reciclat foarte probabil de o calitate inferioară standardelor. Alte deficienţe uzuale sunt viteza de lucru redusă şi pericolele asociate cu utilizarea de combustibil propan, extrem de inflamabil. Multe din aceste neajunsuri iniţiale sunt acum rezolvate. Când proiectele sunt selectate corect şi sunt executate în condiţii corespunzătoare, reciclarea la cald in situ poate produce îmbrăcăminte asfaltică rutieră de aceeaşi calitate sau chiar mai bună decât cea obţinută prin adăugarea de noi straturi de mixtură asfaltică fierbinte.

Avantaje fundamentale - Beneficiile fundamentale ale reciclarii asfaltului la cald includ următoarele: • realizarea de economii substanţiale de cost şi timp, concomitent cu conservarea mediului înconjurător; • conservarea de resurse naturale neregenerabile, cum ar fi bitum şi agregate minerale; • repararea pe o singură bandă şi minimizarea întreruperilor de trafic; • creşterea siguranţei conducătorilor de autovehicule prin evitarea suprafeţelor periculoase, neuniforme şi prin absenţa suprafeţelor alunecoase, uleioase. • conservarea geometriei existente a drumului, care este extrem de importantă mai ales la curbe, guri de canal şi treceri pe sub pasarele.

Super Ansamblul pentru Reciclat AR2000 al companiei Martec se prezintă sub forma unui tren de utilaje autopropulsate şi este compus din una sau două unităţi identice de pre-încălzire, o unitate de pre-încălzire/frezare şi o unitate de post-încălzire/uscare/amestecare. În general, pentru operaţiunile de pavare şi compactare, pe lângă aceste trei unităţi principale se mai folosesc o maşină convenţională pentru pavare, un compactor pneumatic şi un compactor cu rulouri vibratoare. Pentru o mai mare viteză de operare, se pot adăuga unităţi de pre-încălzire suplimentare. Performanţele superioare ale Ansamblului pentru Reciclat AR2000 pot fi atribuite celor două trăsături unice ale sale, respectiv sistemului de încălzire cu aer cald şi pocesului de post-încălzire, uscare şi amestecare.

1. Pre-încălzirea: Unitatea de pre-încălzire încorporează o tehnologie de încălzire brevetată care încălzeşte blând şi înmoaie îmbrăcămintea asfaltică deteriorată. Pre-încălzirea se realizează prin combinarea aerului cald de mare putere cu radiaţia de căldură de nivel scăzut. Aerul este încălzit pâna la aproximativ 700o C într-o cameră de combustie alimentată cu motorină. Jeturi de aer cald sunt suflate cu mare viteză prin mii de orificii pe suprafaţa îmbrăcăminţii asfaltice rutiere formând o masă de aer cald. Combinaţia dintre aerul cald de mare putere şi radiaţia de căldură de nivel scăzut generată de masa de aer cald încălzeşte

11

eficient şi uniform suprafaţa îmbrăcăminţii asfaltice rutiere. Aerul cald folosit este ulterior aspirat în scopul reîncălzirii, ceea ce minimizează pierderile de căldură şi reduce consumul de combustibil. Această tehnologie de încălzire inovatoare este folosită de toate unităţile principale are Super Ansamblului pentru Reciclat AR2000.

2. Frezarea la cald: Unitatea de pre-încălzire/frezare foloseşte căldură suplimentară, care permite capetelor de frezare să slăbească şi să înlăture cu uşurinţă îmbrăcămintea asfaltică rutieră deja înmuiată. Reglarea automată a controlului adâncimii de frezare permite înlăturarea asfaltului la adâncimi exacte, iar capetele de frezare pot fi ajustate pentru a manevra lăţimi de lucru variind între 3,2 şi 4 metri.

3. Post-încălzirea, uscarea şi amestecarea: În cadrul unităţii de post-încălzire/uscare/amestecare

sunt folosite o serie de dispozitive pentru a realiza în mod continuu amestecarea şi expunerea mixturii asfaltice înmuiate la combinaţia de căldură oferită de aerul cald si radiaţia de căldură de nivel scăzut. Procesul de post-încălzire, uscare şi amestecare asigură o încălzire completă şi uniformă a materialelor din îmbrăcămintea asfaltică rutieră reciclată, furnizând concomitent ultima ocazie de a elimina excesul de umiditate.

Dispozitivul pentru amestecare Odată ce a atins temperatura dorită materialul frezat este ridicat prin intermediul unei benzi

transportoare de la suprafaţa drumului de unde a fost adunat şi este transferat în malaxorul cu două axe cu o capacitate de 200 tone/oră poziţionat pe unitatea de post-încălzire/uscare/amestecare. Calitatea produsului final este asigurată atunci când materialul supus reciclării şi orice alte noi materiale sunt omogenizate complet în acest dispozitiv de înaltă capacitate. Sistemul de reciclare a îmbrăcăminţii asfaltice rutiere al

12

companiei Martec permite adăugarea de noi materiale, cum ar fi agenţi de reciclare care pot îmbunătăţi proprietăţile de fixare, precum şi mixtură asfaltică fierbinte sau agregate minerale care sunt folosite pentru îmbunătăţirea sau corectarea structurală. Orice combinaţie din aceste materiale poate fi adăugată în oricare din etapele procesului de reciclare, în funcţie de necesităţi, iar cantitatea şi rata de adăugare sunt monitorizate exact de sistemul computerizat de la bord.

Pavarea şi compactarea Mixtura complet omogenizată este transferată din malaxor în maşina convenţională pentru pavare

prin intermediul unei pâlnii de încărcare. Compactarea se realizează convenţional, cu ajutorul compactorului pneumatic şi al compactorului cu rulouri vibratoare.

Super Ansamblul pentru Reciclat AR2000 a fost proiectat şi fabricat astfel încât să funcţioneze practic fără eliminarea de noxe în atmosferă.

13

14

Avantajele Majore ale Super Ansamblului pentru Reciclat AR2000 al companiei Martec AR2000: - Reduceri de costuri si timp (reducerea costurile cu până la 35% şi economisirea timpului cu până la 50% faţă de anumite metode tradiţionale de reasfaltare); - Tehnologie ecologică (Super Ansamblul pentru Reciclat AR2000 a fost astfel proiectat şi fabricat pentru a opera practic fără emiterea de noxe în atmosferă); - Viteza de operare (reciclând la adâncimi de 50 milimetri, viteza de operare variază de la 2 la peste 6 metri pe minut depinzând nu numai de condiţiile şi configuraţia drumului, dar şi de condiţiile atmosferice); - Sistemul de încălzire brevetat (sistemul de încălzire prin aer cald, prin combinaţia sa de aer cald la viteze ridicate şi radiaţia de căldură de nivel scăzut, este capabil să încălzească uşor stratul de la suprafaţa îmbrăcăminţii asfaltice rutiere. Această caracteristică unică a sistemului îl face în acelaşi timp capabil de a recicla asfalt care are în compoziţie polimeri modificaţi); - Înlăturarea umezelii (umezeala, care este în mod normal prezentă în îmbrăcămintea asfaltică rutieră deteriorată, poate reduce rata de producţie şi calitatea asfaltului reciclat. Sistemul companiei Martec de încălzire prin aer cald, în combinaţie cu procesul de post-încălzire, uscare şi amestecare este eficient în înlăturarea excesului de umiditate); - Adăugarea de noi materiale (la asfaltul supus reciclării se pot adăuga mixtura asfaltică nouă şi agregate minerale în cantităţile necesare producerii unui asfalt combinat nou cu o grosime de până la 75 milimetri printr-o singură trecere); - Capacitatea de alimentare cu motorina (pentru procesul său de încălzire Super Ansamblul pentru Reciclat AR2000 foloseşte motorină, care este uşor accesibil oriunde în lume. Astfel, se elimină orice nevoie de gaz lichefiat, cum ar fi propan. Reciclarea asfaltului la cald devine deci un proces desfăşurat în condiţii de siguranţă oriunde în lume); - Eficienţa combustibilului (Sistemul companiei Martec de încălzire prin aer cald minimizează pierderea de căldură prin aspirarea aerului cald nefolosit şi reîncălzirea lui); - Fixarea superioară (prin încălzirea adecvată a marginii îmbrăcaminţii asfaltice şi a noului strat expus de dedesupt, se creează o suprafaţă de puncte de legătură încălzite între vechile şi noile materiale asfaltice în timpul operaţiunii de compactare);

- Mobilizare uşoară (cele trei unităţi principale ale Super Ansamblului pentru Reciclat AR2000 pot fi uşor tractate de autocamioane şi transportate între localităţile diferitelor proiecte în regimul de viteză caracteristic autostrăzilor).

II.2. Deşeurile care rezultă şi gestionarea deşeurilor solide

Agregatele secundare pot fi definite ca produse secundare provenite din procesele industriale sau din

alte activităţi umane. II.2.1. Deşeurile de sticlă Se estimează în Programul de Acţiuni a Resurselor de Deşeuri că, în 2003, circa 3,4 Mt din sticlă a

intrat în flux din deşeurile din Marea Britanie, din care în jur de 2,4 Mt (71%) a fost recipient de sticlă, 0,76 Mt (23%) a fost geam de sticlă, iar restul de 0,24 Mt a fost altă sticlă. O parte din deşeurile de sticlă au fost reciclate, iar cealaltă parte au fost utilizate ca agregate secundare. Directiva UE privind ambalarea deşeurilor a stabilit un obiectiv de reciclare în Marea Britanie de 60% până în 2008 pentru deşeurile de sticlă (2004).

Lipsa infrastrucurii eficiente pentru colectarea deşeurilor de sticlă este considerată principalul motiv pentru trimiterea majorităţii depozitelor de deşeuri şi de reciclare a doar o treime în Marea Britanie. Sticla poate fi reciclată la nesfârşit fără pierderea calităţii produsului. Returnând coletele reciclate unei instalaţii de fabricare a sticlei se economiseşte resurse de energie şi minerale în cantităţi mari. Încercările de a folosi sticlă reciclată în beton, o altă aplicaţie de valoare, trebuie să dea în reacţia cu alcalinele SiO2, din cauza conţinutului anormal de ridicat (>70%) de siliciu reactiv în sticlă. În plus, faţă de descrierea procesului de reciclare, deşeurile de sticlă pot fi utilizate ca agregate în construcţiile de drumuri.

15

Performanţe satisfăcătoare au fost observate la pavajul asfaltic cu conţinut de 10-15% sticlă

sfărâmată în amestecul de suprafaţă. 4,75 mm e dimensiunea maximă total acceptată având în vedere o serie de proprietăţi, incluzând măsurile de siguranţă pentru această aplicaţie. Agentul antiderapant este adăugat pentru a menţine rezisteţa benzilor. Sticla în asfalt, la conţinut ridicat şi dimensiuni mari, este raportată că a condus la un număr de probleme, ca frecare insuficientă şi aderenţă, şi este considerată mai potrivită pentru utilizarea la trasee de viteză redusă.

În practică, acelaşi echipament de producţie şi metode de pavaj proiectată pentru asfaltul convenţional, poate fi folosită pentru asfalt cu conţinut de sticlă reciclată. Actualul CEMEX din Marea Britanie a folosit sticlă reciclată ca liant sigur şi de bază, cu o rată de înlocuire de 30%. 20 mm pare a fi dimensiunea maximă a particulelor de sticlă procesată. În 2002, asfaltul mixat cald cu conţinut de sticlă reciclată de 10% a fost folosită într-un proiect de încercare al Tarmac Situes de refacere a suprafeţei. Economic, în această aplicaţie britanică, este raportată ca fiind de „cost neutru”.

II.2.2. Zgura de oţel Cantitatea de zgură de oţel este estimată pe baza procesului de ieşire de la producţia de oţel,

presupunând că procesul este stabil şi rata de zgură generată este coerentă. Comercializarea de zgură este estimată la o rată de 10-15% producţie de oţel.

Un avantaj al reciclării zgurii de oţel este că aceasta poate fi colectată de la un număr scăzut de materiale din oţel, făcând colectarea mai eficientă decât a altor deşeuri de materiale solide. În plus, este relativ uşor de a controla şi de a atinge o calitate consecventă a acestui material de deşeuri. De-a lungul a decenii de cercetare şi de practică, Marea Britanie a atins o rată de reciclare a zgurei de oţel de 100%, dintre care 98% sunt utilizate ca agregate, în principal în beton şi asfalt. Producţia de oţel din Marea Britanie a înregistrat un declin, de la circa 18 Mt în 1997, la 12 Mt în 2002 şi la 13,3 Mt în 2003. Cu toate că 100% din zgura de oţel este reciclată, folosirea ei în pavajele de asfalt se datorează proprietăţilor sale.

Forma unghiulară, duritatea şi textura riguroasă a suprafeţei dă zgurii metalice abilitatea de a substitui agregatele aspre din asfalt, unde se au în vedere stabilitatea mixturii (rezistenţa la rulare) şi rezistenţa la derapare. Astfel de cercetări au fost efectuate de US Strategic Hightway Research Program (SHRP) în colaborare cu University of Petroleum and Minerals din Arabia Saudită. S-a constatat că durabilitatea amestecului a fost îmbunătăţită atunci când agregatele grosiere de zgură au fost suplimentate cu umpleri de calcar, agregate fine şi bitum preparat folosind modificarea de polimer.

În1994, secţiunea procesului de asfalt conţine 30% zgură de oţel, urmată de o inspecţie în câmp de 5 ani de performanţa antiderapantului. Un raport atribuit lipsei de creştere măsurabilă a conţinutului scăzut şi de dimensiuni mici (6,3-12,7 mm) ale particulelor de zgură, a menţionat dezavantajele economice (costuri de transport mari) şi temperatura de amestecare ridicată (ceea ce înseamnă consum de energie mai mare). Centrul Nottingham pentru Ingineria Pavajelor (NCPE) a studiat mecanica (modul de rigiditate, rezistenţa la deformare permanentă, rezistenţa la cracare) şi durabilitatea performanţei agregatelor pentru asfaltul care conţine zgură (sensibilitatea la îmbătrânire, sensibilitatea la umezeală). 71% din particulele de zgură de oţel grosier au fost amestecate cu 21% agregate. Zgura de oţel (> 9,5 mm), după 3 ani de îmbătrânire şi înlocuind 62% din agregatele de bazalt, a fost utilizată în amestecuri cu piatră în laboratorul din China, care a dat rezultate bune în folosirea ei în asfaltul de suprafaţă şi rezistenţă la temperaturi joase. Asociaţia de cercetare a Zgurii de Fier şi Oţel (Germania) a confirmat că zgura prezintă superioritate în asfalt şi performanţă anti-lustruire peste asfalturi realizate cu agregate primare stabile (bazalt, pietriş). Tratamentul precaut a fost practicat la fabrica de oţel pentru a reduce cantitatea de CaO/MgO liber din zgura de oţel înainte de utilizarea ca agregat. Standardul European permite utilizarea zgurii de oţel în asfalt cu condiţia ca 7 zile de expansiune să nu fie cotat cu mai mult de 3,5%.

16

II.2.3. Anvelope Se estimează că Marea Britanie generează peste 0,44 Mt de deşeuri de anvelope pe an. Aproximativ

21% este mărunţită şi utilizată ca materii prime pentru alte procese, 22% trimisă pentru recuperarea de energie şi 34% este dispusă pentru depozitele de deşeuri, sau pentru depozitele ilegale unde sunt amestecate cu alte deşeuri care face ca recuperarea să fie dificilă. Aproximativ 4000 t (9%) sunt arse în cuptoare de ciment, ca de exemplu anvelopele vechi au o valoare comparabilă de energie ca a cărbunelui şi au fost folosite ca un combustibil în ultimul deceniu.

Potrivit Laboratorulul de Cercetare în Domeniul Transportului, costul ridicat de prelucrare este responsabil pentru creşterea de anvelope eliminate neregulamentar. Asociaţia Europeană de Reciclare a Anvelopelor a estimat costul transportului de deşeuri de anvelope la aproximativ 1€/t/km.

Utilizarea de anvelope de cauciuc în asfalt a avut în general două abordări distincte. Una dintre acestea este de a dizolva pudreta de cauciuc în modificatorul de bitum ca liant, iar cealaltă pentru a înlocui o parte din agregatele fine cu cauciuc, care nu reacţionează pe deplin cu bitumul. Acestea sunt menţionările pentru “procesul umed” şi “procesul uscat”. Modificarea liantului de la “procesul umed” este numit “cauciuc asfalt”, iar asfaltul făcut prin “procesul uscat” este numit “asfalt cauciucat”.

Resturile de anvelope au aplicaţii în fundaţia rutieră. Comparativ cu solul compact, anvelopa de cauciuc este oprită de: lumina grea , conductivitatea termică scăzută, înalta conductivitate hidraulică şi rezistenţa înaltă la forfecare. Anvelopele de cauciuc utilizate în straturile inferioare ale pavajului poate ajuta la reducerea adâncimii de penetrare la îngheţ pe timpul iernii. Prelucrarea de resturi de anvelope are un produs de fibre de deşeuri, care au fost adăugate în amestecurile cu piatră, fără a compromite rezistenţa la deformare sau umiditatea amestecului în care aditivii tradiţionali (celuloză sau fibre minerale) sunt frecvent utilizaţi.

II.2.3.1. Procesul umed În procesul umed, pudreta de cauciuc (0,15-0,60 mm) este amestecată cu bitum pentru minim 45

minute la temperatură ridicată înainte de contactul cu agregatele, de obicei în gama de 18-22% din greutatea bitumului. Fracţiunile uşoare din bitumul de transfer în cauciuc fac particulele de cauciuc umflate şi întăresc bitumul. Vâscozitatea liantului este crescută pentru a permite bitumului suplimentar de a fi utilizat, care poate ajuta la îmbunătăţirea durabilităţii prin amestecare (rezistenţa la umiditate, oxidare şi îmbătrânire).

Efectul modificator poate fi influenţat de o serie de factori, inclusiv de compoziţia de bază a bitumului, timpul de amestecare, temperatură, procentul şi gradaţia miezului de cauciuc, precum şi metodele de şlefuire. În Brazilia şi India s-a observat că amestecul de asfalt din cauciuc are potenţial mai mic din cauza rezistenţei la temperaturi mari. În ceea ce priveşte performanţa la temperatură scăzută, un studiu la Kansas State University (KSU) a sugerat un procent de 18-22% de conţinut de cauciuc şi a declarat că o modificare în acest interval a fost mai puţin semnificativă în afectarea tracţiunii şi performanţa fracturii de asfalt decât conţinutul de liant variind între 6-9%. Acest lucru a fost confirmat de către Arizona State University (ASU). Universitatea din Liverpool a avut un conţinut admis de cauciuc (0,3-0,6 mm) stabilit la 10% liant. Ca urmare, a crescut rezistenţa rutului, fracturii şi oboselii.

Metoda de proiectare a amestecului de asfalt cald convenţională poate fi folosită pentru amestecurile de cauciuc asfaltic, care împreună cu stabilitatea, este factorul principal de design. Conţinutul mai mare de liant este recomandat în aplicaţii prin pulverizare. Plasarea amestecurilor de cauciuc pentru asfalt poate fi realizată folosind standardul de pavaj cu excepţia maşinilor pentru turnarea asfaltului cu anvelope, cu role de cauciuc care se va lipi pe ele.

Rubber Pavements Association (RPA), studiind zgomotul, a constatat că utilizarea anvelopelor ca liant în amestec deschis reduce zgomotul cu până la 50%. Particulele de cauciuc de diferite dimensiuni au fost considerate a avea un sunet mai bun datorită efectului produs din aplicaţiile prin pulverizare . Până în 1995 nu a existat nici un semn că astfel de amestecuri şi materiale de pavaj asfaltic din cauciuc impun sarcini suplimentare mediului decât asfaltul convenţional. Proiectele de la sfârşitul anilor 1980, au arătat că folosirea cauciucului de asfalt în amestecuri dense ajută la reducerea grosimii stratului de asfalt la 20-50%,

17

fără a compromite performanţele sale. Reducerea grosimii a fost confirmată prin teste de încărcare accelerată de la Universitatea Berkely din California şi Africa de Sud.

Un alt beneficiu al folosirii cauciucului în asfalt este de a prelungi durata de viaţă a pavajului. Un proiect în Brazilia, având 15% cauciuc în amestecul de asfalt cald pus peste liant, a constatat cracarea ca fiind dezvoltată de 5-6 ori mai lentă decât în asfaltul convenţional. În mod similar, liantul de 15% cauciuc (0,2-0,6 mm) a fost folosit în asfaltul dens în Japonia. Amestecul expus îmbunătăţeşte performanţa în stabilitatea dinamică, 48 de ore de stabilitate reziduală, rezistenţă la încovoiere. Asfaltul care conţine cauciuc de dimensiuni de 0,2-0,4 mm a arătat cele mai bune rezultate de laborator. Utilizarea cauciucului în asfalt a fost eficientă.

II.2.3.2. Procesul uscat În procesul uscat, cauciucul de sol (0,85-6,4 mm) substituit pentru agregatele fine în asfalt are o rată

de înlocuire de 1-3%. Proprietăţile asfaltului de interes special în procesul uscat, includ modul elastic şi de reducere a zgomotului. În cazul în care nu a existat o creştere de 10-20% din conţinutul de liant, modul elastic din asfaltul cauciucat a fost redus, ceea ce implică o creştere a stratului de grosime, în comparaţie cu amestecurile convenţionale.

Analizele acustice şi de măsurare au confirmat că pavajul de asfalt cauciucat este eficace în reducerea zgomotului de trafic provenit de la vehiculele utilitare uşoare. Un proiect în Turcia a constatat că, atunci când stabilitatea Marshall, debitul, unitatea de greutate şi golutile umplute cu asfalt au fost luate în considerare, parametrii tehnici optimi au fost de 0,95 mm pentru gradaţia anvelopelor, 10% pentru raportul pneurilor de cauciuc, 5,5% pentru raportul liantului, 1550C pentru temperatura de amestecare, 15 minute pentru timpul de amestecare şi 1350C pentru temperatura de compactare.

II.2.4. Materiale plastice Aproape 2,8 Mt din materialele plastice sunt generate pe an ca deşeuri în Marea Britanie. Cele mai

multe din aceste reciclate sunt din surse industriale şi comerciale; reciclarea din surse interne este mai dificilă, din motive economice. O creştere în viitor a reciclării se bazează pe succesul de reciclare a materialelor plastice amestecate cu alte deşeuri. Similar cu anvelopele de cauciuc, un important mijloc de recuperare a deşeurilor de materiale plastice este de a prelua conţinutul termic (38 MJ/kg), fiind comparat cu cel al cărbunelui (31 MJ/kg) şi reducerea consumului de energie, precum şi a emisiilor de CO2.

Aproximativ 0,4 Mt din deşeurile de materiale plastice sunt genarate în fiecare an şi sunt potrivite pentru utilizarea ca agregate. În prezent doar 0,008 Mt sunt în curs de reciclare în acest scop. Reciclarea plasticelor este folosită în principal sub formă de mobilier stradal, izolare, conducte şi ţevi, etc. Materialele plastice utilizate în pavajele de asfalt pot oferi o piaţă de desfacere importantă pentru astfel de materiale.

Similar cu anvelopele de cauciuc, plasticele reciclate pot înlocui fie o porţiune din agregate, fie pot servi ca modificatori de liant. Bituminoasele dense de macadam cu material plastic reciclat, în principal, din polietilenă cu densitate scăzută (LDPE), înlocuind 30% din agregatele cu dimensiuni de 2,36-5 mm, au redus densitatea în amestec cu 16% şi au arătat o creştere de 250% în stabilitatea Marshall; rezistenţa la tracţiune indirectă a fost de asemenea îmbunătăţită în amestecuri. Polietilena cu densitate scăzută reciclată de dimensiuni 0,3-0,92 mm înlocuieşte 15% din agregatele folosite la îmbrăcarea asfaltică, îmbunătăţind rezistenţa la apă. Amestecul de polietilenă cu densitate scăzută reciclată pentru mixturile asfaltice nu necesită nici o modificare la instalaţiile existente. A fost studiat comportamentul la încovoiere a asfaltului care conţine materiale plastice reciclate. Rezistenţa la încovoiere a fost majorat prin adăugarea a 2-6%, în greutatea amestecului, de particule de plastic. Materialele plastice reciclate folosite la 0,4% din greutatea amestecului (8% din greutatea liantului) ca modificator de bitum, a crescut cu 3,3 stabilitatea Marshall la 600C, timp de 24 de ore.

18

II.3. Cerinţele de proprietate pentru materiale în pavajele de asfalt II.3.1. Cerinţe de proprietate pentru agregate Un standard european pentru caietul de sarcini a agregatelor utilizate în asfalt a fost introdus în 2004

pe piaţa din Marea Britanie. Materialele reciclate, care sunt destinate utilizării ca agregate în mixturile asfaltice, sunt supuse aceloraşi cerinţe pentru clasificarea proprietăţilor şi pentru testarea ca agregate pure. Inginerii sunt responsabili pentru definirea categoriilor pentru proprietăţile relevante ale agregatelor la cererile lor specifice. Cerinţele selectate pentru agregatele de suprafaţă în straturile de asfalt sunt afişate în tabelul 2.

Tabelul 7 – Cerinţele de proprietate şi metodele testării pentru agregatele din straturile de suprafaţă

ale asfaltului

Categoria de proprietate

Metoda testării Cerinţele de proprietate

Geometrică

BS EN933

Clasificare, conţinut, indicele flakines

Fizică şi mecanică BS EN1097

Rezistenţa la fragmentare, valoarea pietrii şlefuite, valoarea totală de abraziune

Chimică BS EN1744

Levigarea

Termică şi dezagregarea BS EN1367

Absorbţia de apă, valoarea sulfatului de magneziu

II.3.2. Cerinţele de proprietate pentru asfalt În funcţie de vreme, straturile superficiale ale pavajului conţin cele mai scumpe şi puternice

materiale. Caracteristicile lor ca: puterea de frecare, capacitatea zgomotului şi abilitatea scurgerii apei sunt esenţiale pentru siguranţa vehiculelor şi a centrului de calitate. Unele dintre acestea sunt deja asociate cu o metodă de testare standard (BS EN 13036, 2002). În afară de legătura liantului şi agregatele componente, performanţa asfaltului puternic depinde de tipul de amestec. Selectarea unui tip de amestec pentru straturile de suprafaţă trebuie să ia în considerare mai mulţi factori: de trafic, climă, economici. Nici un tip de amestec nu ar putea oferi toate proprietăţile dorite, de multe ori fiind imbunătăţite pe cheltuiala altora, ceea ce face dificilă selecţia.

Măştile de asfalt cu piatră, asfaltul poros sau deschis au o reputaţie pentru zgomotul redus produs de pneuri şi rezistenţă ridicată la derapaj şi sunt de preferat ca asfalt laminat la cald pentru suprafaţa drumului, care face obiectul cu traficul intens în termeni de volum şi de încărcare. Pentru ambele tipuri de amestec, un număr de proprietăţi sunt necesare pentru agregatele componente, afinitatea cu bitumul, etc.

II.4. Discuţii Utilizarea materialelor reciclate pentru drumuri variază în Marea Britanie. Aceasta se datorează

probabil diferenţei în accesul la agregatele naturale şi capacitatea depozitelor de deşeuri locale. Altele decât barierele tehnice care pot inhiba deşeurile să fie reciclate, pot exista, ca de exemplu, lipsa de colectare a infrastructurii, utilizarea alternativă a deşeurilor solide reciclate, informaţii de piaţă limitate şi costuri suplimentare.

Guvernul încurajează reciclarea prin legislaţie, prin puterea de cumpărare şi prin subvenţiile care sunt oferite pentru a ajuta companiile să iniţieze reciclarea la nivel local.

Din punct de vedere tehnic, asfaltul conţinând sticlă bine zdrobită (<4,75 mm), care înlocuieşte un procent de 10-15% din agregatele fine, nu ar trebui exclus de la utilizarea în straturile de suprafaţă ale asfaltului. Zgura de oţel ar trebui să fie folosită în locul agregatelor grosiere în asfaltul de suprafaţă, pentru a

19

face mai bună utilizarea puterii sale mecanice şi rezistenţei antiderapante. Principalul dezavantaj îl constituie greutatea specifică mare a zgurii de oţel (3,2-3,6 mm), ceea ce implică o creştere a costurilor de transport.

Prezenţa de CaO/MgO liber în conţinutul de zgură face susceptibilă extinderea în stare umedă şi, prin urmare, nepotrivită pentru utilizarea în structurile vulnerabile la expansiunea volumetrică. Abordarea comună este de a expune zgura la jet de apă sau intemperiilor naturale pentru o perioadă de 12-18 luni. Potenţialul de levigare este unul din principalele preocupări de mediu asupra modului de folosire a materialelor secundare în structurile rutiere. Cercetările din Germania au identificat valoarea pH-ului, conductivitatea electrică şi concentraţia de Cr în levigat ca principalele preocupări pentru utilizarea agregatelor de zgură.

În general, anvelopele sunt folosite în mixturile asfaltice pentru a reduce cracarea, pentru a îmbunătăţii durabilitatea şi a atenua zgomotul. În funcţie de aplicaţie, diferitele variabile trebuie să fie luate în considerare în momentul evaluării performanţelor tehnice ale asfaltului, care conţine anvelope de cauciuc, proprietăţile liantului în procesul umed şi proprietăţile amestecului în procesul uscat. Până în prezent, cele mai multe laboratoare s-au axat pe procesul umed. Este general acceptat că amestecurile asfaltice de cauciuc îmbunătăţeşte durabilitatea şi performanţa la temperatură scăzută. Rezultatele din procesul uscat, până în prezent, sunt limitate, procesul uscat necesitând îngrijiri suplimentare în selecţia materialelor, în proiectul de amestecare şi în fabricarea asfaltului. Procesul umed este mult mai tolerant.

Analiza costului ciclului de viaţă poate fi de ajutor pentru a afla când şi unde utilizarea de anvelope de cauciuc în asfalt este rentabilă. Similar cu anvelopele de cauciuc, în procesul uscat este necesar un număr de proprietăţi ale asfaltului atunci când se utilizează plastic reciclat. Sunt pe cale să fie raportate şi nu există anumite costuri ca urmare a practicii limitate până în prezent.

Tabelul 8 – Deşeurile rezultate în Marea Britanie şi aplicarea lor în pavajele de asfalt

Deşeuri

rezultate (Mt/an)

Rata de reciclare

(%)

Utilizarea agregatelor

(%)

Utilizarea în pavajele de asfalt Agregate Rata de Liant Rata de Înlocuire (%) înlocuire (%)

Sticlă 3,4 33 4,1 √ 10-30 X Zgură de

oţel 1,0

100 98 √ 30-62 X

Resturi de anvelope

0,44 21 N/A √ 1-3 √ 18-22

Materiale plastice

2,80 5 0,29 √ 15-30 √ 8

√ - indică o opţiune; X – nu indică o opţiune

20

Capitolul III - Dezvoltarea unui instrument de evaluare a ciclului de viaţă pentru construcţia şi întreţinerea pavajelor de asfalt

III.1. Introducere Reciclate, şi materialele secundare sunt folosite tot mai mult în pavajele de asfalt, în termeni de tonaj

şi de varietate. Dublul avantaj de economisire a spaţiului depozitelor de deşeuri şi reducerea cererii de carieră, totuşi, nu au venit fără un cost. Pur şi simplu, devierea deşeurilor din alte industrii ale agregatelor de aprovizionare a pus deja la îndoială energia şi amprenta de CO2. Scepticismul provine dintr-un amestec din mediul academic, de cercetare, de consultanţă şi organizarea de stat, deoarece studiile anterioare au indicat că utilizarea deşeurilor de sticlă pentru agregatele de construcţie globală, consumă mai multă energie şi versiuni mai mari de CO2 decât dacă sunt trimise la depozitele de deşeuri. Reciclarea sau reutilizarea materialelor pentru asfalt are nevoie de studii în ceea ce priveşte impactul de mediu, inclusiv asociate consumului de energie, a emisiilor, levigarea, etc.

O abordare a ciclului de viaţă câştigă teren în a răspunde nevoilor de construcţie durabilă. Acreditat de o serie de industrii, evaluarea ciclului de viaţă este acceptată şi aplicată de către sectorul rutier, pentru a măsura şi compara impactul cheie al duratei de viaţă de mediu al produselor pentru asfalt şi de stabilire a proceselor. Evaluarea ciclului de viaţă începe cu o definiţie a scopului şi domeniului de aplicare al studiului. Activitatea sa principală constă în dezvoltarea unui inventar, în care toate sarcinile semnificative asupra mediului din perioada de viaţă a produsului sau a procesului vor fi cuantificate şi compilate. Aceasta este urmată de o evaluare a impactului evaluării ciclului de viaţă calculat şi prezentarea rezultatului într-un mod care suportă comparaţii predefinite sau analize suplimentare.

Aplicaţia evaluării ciclului de viaţă în construcţiile civile, iniţial ca un instrument pentru evaluarea opţiunilor de gestionare a deşeurilor solide, a început doar în ultimul deceniu. Practica relevantă în drumuri şi trotuare de asfalt, în special unde sunt implicate materiile secundare şi reciclate, este limitată. Pe lângă acordarea cunoştinţei în performarea produselor ecologice, rezultatele evaluării ciclului de viată sunt capabile să sprijine comercializarea sau etichetarea ecologică. De exemplu, ISO14025 de tipul III Declaraţia de Mărfuri de Mediu (RPD) care permite informată comparaţia dintre produsele care îndeplinesc aceeaşi funcţie, necesită informaţii cuantificate ale mediului, bazată independent pe rezultatele verificate a evaluării ciclului de viaţă.

III.2. Resursele evaluării ciclului de viaţă pentru industria de asfalt În ultimii ani, autorităţile autostrăzii din Marea Britanie au preferat întreţinerea şi reabilitarea în

construirea de drumuri noi. Conceptul Laboratorului de Cercetare a Transportului din Marea Britanie de proiectare pentru pavaje de lungă durată în lumina de eficienţă a resurselor (materiale,energie), precum şi cerinţa pentru reparaţia vitezei, sar limita la munca străzilor în viitor numai la straturile superioare din asfalt.

Un model de lucru de evaluare a ciclului de viaţă, prin urmare, ar trebui să se reflecte în mod corespunzător în întreţinerea şi reciclarea în munca rutieră, fiind de preferat datele specifice industriei rutiere din Marea Britanie. Mai precis, ar trebui să fie:

- recunoaşterea pe plan internaţional a metodologiei şi a bazelor de date; - popularea cu date curente şi relevante; - având cât mai multe variabile posibile reprezentate în practicile de drum; - compatibilitatea pentru actualizarea datelor sau revizuirea formulei.

Agenţia pentru Protecţia Mediului din SUA găzduieşte un indice de resurse tip „evaluarea ciclului de viaţă” din toată lumea, inclusiv cărţi şi reviste, acţiuni de conferinţă, site-uri web, soft-uri şi baze de date şi studii de caz din 1998. Butucul european de evaluare a ciclului de viaţă conţine resurse similare de instrumente, servicii şi date. Studiul pilot al Agenţiei Protecţiei Mediului, la sfârşitul anilor 1990, a demonstrat că evaluarea cilului de viaţă poate ajuta să selecteze metoda preferată pentru tratamentul pavajului de asfalt ecologic. Un model hibrid de tip I/O (intrări/ieşiri) a fost folosit în Japonia în căutarea ciclului de viaţă al emisiilor de CO2 dintr-o autostradă care să acopere atât construcţia, cât şi etapa de funcţionare.

21

Potrivit Consiliului Mondial de Afaceri Pentru Dezvoltarea Durabilă, valorile potenţialuilui de „seturi de date generice”, „evaluarea tehnologiei” şi „comercializarea” sunt considerate de industria cimentului, ca fiind mari sau mijloci, în utilizarea evaluării ciclului de viaţă. Aceste lucrări au deshis calea pentru introducerea şi aplicarea evaluării ciclului de viaţă în sectorul rutier, pe baza cărora instrumentele evaluării ciclului de viaţă pentru drumuri au fost dezvoltate.

În 1993 – 1995, Institutul de Cercetare a Mediului suedez a dezvoltat primul său inventar al ciclului de viaţă al modelului de construcţie de drumuri şi de întreţinere pentru Adminstraţia Naţională a Drumurilor. Versiunea a-doua a fost lansată în 2001.

Un studiu al efectului impactului axat pe asfalt ,inclusiv utilizarea de pavaj asfaltic reciclat, a fost iniţiat în 1998 de Asociaţia Europeană de plăci şi Eurobitum. Institutul de Cercetare a Mediului a fost însărcinat să efectueze proiectul. Al treilea proiect a fost lansat în 2005.

În 1997-1999, Eurobitum a efectuat un studiu parţial al efectului impactului în bitum, acoperind ciclul de viaţă al depozitului rafinăriilor din extracţia de ţiţei.

Centrul de Cercetare Tehnică al Finlandei a publicat în 1996 un studiu de evaluare a ciclului de viaţă, comparativ cu cel al impactului asupra mediului al asfaltului şi pavajelor tipice. Mai târziu, în 2001, un model de evaluare a ciclului de viaţă a fost descoperit de Centrul de Cercetare Tehnică pentru Administraţia Drumurilor Naţionale Finisate, ce abordează utilizarea produselor industriale în drumuri.

În 2005, un model de evaluare a ciclului de viaţă al construcţiei drumurilor, folosind cenuşa din incinerarea deşeurilor municipale solide, a fost dezvoltat de către Universitatea Tehnică din Danemarca.

În Marea Britanie, Stabilirea Cercetărilor în Construcţii a publicat în 1998 „Profiluri de Mediu”, oferind o bază de date a performanţelor mediului la materialele construcţiilor, la fel ca metodologia de aplicare a evaluării ciclului de viaţă în sectorul construcţiilor.

Există descoperiri importante din studiile anterioare ale evaluării ciclului de viaţă, care pot fi luate ca punct de plecare pentru continuarea aplicării evaluării ciclului de viaţă la drum şi în industria asfaltului. Cu toate acestea, problemele legate de aplicarea unuia din acele modele ale evaluării ciclului de viaţă din sectorul rutier din Marea Britanie, sunt indicate mai jos. Barierele pot fi grupate în 5 categorii:

1. Relevanţă

- relevanţă scăzută la drum şi la industria asfaltului, cum ar fi modelul „Stabilirea Cercetărilor în Construcţii”;

2. Adaptabilitate - unele date sunt destul de vechi sau formulele de calcul necunoscute, cum ar fi rezultatele

„Eurobitum” ale efectului impactului ciclului de viaţă; - unele date sunt întocmite pe o reţetă de materiale fixe, distanţa de transport, procesul de producţie

sau maşini care nu pot fi generalizate pentru utilizarea lor în alte studii; 3. Conformitate

- modelul sau baza de date dezvoltate înainte de ISO14040 a fost emis în 1997 şi revizuit în 2006, nefiind în măsură să respecte pe deplin aceste cerinţe; 4. Scop

- modelele de mai sus sunt, în general, axate pe unul sau mai multe repercursiuni asupra mediului, cum ar fi energia şi emisiile în modelul Centrului de Cercetare Tehnică şi levigarea în modelul Universităţii Tehnice din Danemarca; - includerea materialelor reciclate este variată, dar, în general limitata; 5. Disponibilitate

- modelele practice nu sunt accesibile din cauza unor restricţii comerciale. Faptul că nimic nu este de-a dreptul la dispoziţie pe piaţă, a generat nevoia de a dezvolta un nou model de evaluare a ciclului de viaţă pe partea de sus a resurselor existente, care pot îmbunătăţii nivelul de acceptare al rezultatelor în Marea Britanie.

22

III.3. Unitatea procesului de definire şi de dezvoltare al inventarului O diagramă a proceselor unitare în construirea pavajelor de asfalt este ilustrată în figura 5. Diagrama

prezintă etapele principale ale procesului de construcţie. În acelaşi timp este o scurtă descriere care nu spune detaliul privind procesul sau ce utilaje se folosesc. De exemplu, tratamentul suprafeţei pavajului vechi şi amplasarea de asfalt proaspăt, poate lua diferite forme, inclusiv tratamentul la rece şi la cald al materialelor reciclate.

Figura 5 – Unităţile procesate în construcţia pavajelor de asfalt

Bazat pe orientările din ISO 14044, procesul de construcţie trebuie să fie definit pe un nivel în care

datele pentru procesele unitare sunt: - specifice unui proiect de pavaj, prin urmare, ipotezele pot fi minime - uşor de colectat şi de agregat.

23

Experienţele de obţinere a datelor şi de stabilire a inventarului în curs de dezvoltare, acest model de evaluare a ciclului de viaţă include:

- identificarea sursei de date adecvate: datele ar trebui să fie actualizate, recunoscute şi de preferinţă accesibile;

- limita de date şi orice ipoteze ar trebui să fie făcute (acordaţi o atenţie suplimentară atunci când datele necesare într-un proces provin din mai multe locuri, ca limita de date şi ipotezele care stau la bază, acolo pot fi diferite);

- în cazul în care există alternative de date de stat, unul va fi folosit în model şi va justifica selecţia - prezenţa surselor de date atât în manuscris, cât şi în instrumentul de calcul. Acest model, în timpul dezvoltării sale, a fost aplicat şi testat de 3 studii reale de caz în proiectele

pavajelor de asfalt în Marea Britanie.

Figura 6 – Comportarea suprafeţei de pavaj şi aranjarea asfaltului

Un exemplu este dat de studiul Londra Heathrow Terminal-5 în secţiunea 5: - Studiul de caz 1 (Aprilie-Noiembrie 2005): reţeta alternativă de asfalt şi grosimea stratului, în

asfaltul Lay la Capela Frasin, Wolverhampton - Studiul de caz 2 (Ianuarie-Februarie 2007): pavajul de asfalt pe un drum de acces, Londra

Heathrow Terminal-5, utilizarea de sticlă şi cursul liantului - Studiul de caz 3 (Mai-Iulie 2007): reabilitarea A34, Stokeon-Trent, efectul de livrare a lucrărilor

rutiere privind reducerea emisiilor de trafic.

24

III.4. Descrierea modelului de evaluare a ciclului de viaţă Foaia de calcul Microsoft, Excel, este selectată pentru calcularea şi prezentarea grafică a rezultatelor

inventarului în acest model de evaluare a ciclului de viaţă. Modelul constă în 5 foi de lucru: parametrii de proces, parametrii de trotuar, unitatea de inventar, proiectul de inventar şi rezultatele caracterizării. Datele din foaia de lucru „parametrii de proces” şi „parametrii de trotuar” sunt specifici unui proiect. În foile de lucru „unitatea de inventar” se fac formule de calcul şi cicluri de viaţă ale proceselor unitare ale inventarului. Rezultatele inventarului din proiectul unitar al asfaltului sunt prezentate în foaia de lucru „proiectul de inventar”. Sarcinile de inventar sunt caracterizate de evaluarea impactului; modelele de caracterizare şi factorii pot fi găsiţi în „rezultatele caracterizării”.

Datele din aceste foi de lucru sunt legate de formulele de calcul. De exemplu, atunci când datele de energie pe un proces de pavaj sunt modificate, inventarul proiectului şi rezultatele caracterizării se vor schimba în consecinţă. Structura modelului evaluării ciclului de viaţă şi relaţiile dintre foile de lucru ale acestuia sunt concepute pentru caracteristicile unui proiect al drumurilor şi trebuie să se urmeze normele ISO 14040.

Figura 7 – Structura modelului evaluării ciclului de viaţă şi procedurile pentru analizele

inventarului

25

III.4.1. Parametrii de proces Parametrii de lucru a parametrilor de proces include date privind distanţa de transport (km), eficienţa

consumului de combustibil al vehiculelor de transport (l/km sau l / t x km) şi a consumului de energie pe unitatea producţiei de materiale (MJ/t) şi a construcţiei de pavaj într-un proiect al pavajului. Datele privid consumul de energie include atât cantitatea, cât şi tipul de energie. Puterea calorifică, definită de Departamentul de Comerţ şi Industrie din Marea Britanie, este utilizată în acest model pentru a converti volumul de combustibili fosili arşi în unitatea de energie universală (MJ). Este de remarcat faptul că selecţia de utilizare a unui tip de energie este adesea limitată într-o anumită industrie.

Parametrii pot fi grupaţi în „energia în producţia de materiale”, „energia în transporturi” şi „energia în construcţia asfaltului”. Acest model foloseşte date de la contractorii din Marea Britanie, precum şi alte studii europene revizuite de mai sus. Detaliile pot fi găsite în teza de doctorat la Universitatea din Newcastle, Marea Britanie. Datele privind consumul de energie sunt de asemenea disponibile din alte surse, inclusiv din Departamentul de Energie din SUA, Asociaţia Naţională de Piatră Concasată şi Consiliul Naţional al Cercetării Canadiene. Unul dintre elementele principale ale modelului de evaluare a ciclului de viaţă este transparenţa, în sensul că, un utilizator al modelului trebuie să fie capabil să spună de unde vin datele din model şi ce ipoteze au fost utilizate în efectuarea calculelor. Aceasta duce în mod corespunzător la dezvoltarea modelului. Analiza datelor, incluzând verificarea sensibilităţii la sursele de date, poate fi efectuată în studiul de caz. Kilometrajul şi vehiculele pentru transport depind de procesul de construcţie şi materialele utilizate (figura 8).

La calcularea consumului de motorină, sunt presupuse în mod normal să fugă la putere maximă şi „goale la întoarcere”. Consumul de combustibil, în aceste cazuri, trebuie să fie diferenţiat. O caracteristică esenţială a instrumentului de calcul este adaptabilitatea. Ipotezele făcute mai sus pot fi schimbate pentru a reflecta particularităţile într-un proiect. În asamblarea asfaltului de stabilire, rolele vor trece pe materialul proaspăt pavat de un anumit număr de ori, aşa cum este specificat pentru acest material. Trebuie ca rola să treacă înainte ca temperatura să scadă prea mult, astfel încât să nu poată ajunge niciodată prea departe sau prea aproape de locul în care materialul este încă prea moale. Prin urmare, viteza de lucru al pavatorului şi al cilindrului în cadrul unui proiect al pavajului este reţinută de către cealaltă parte.

Figura 8 – Transportul în construirea pavajului de asfalt

26

III.4.2. Parametrii de pavaj Foaia de lucru a „parametrilor de pavaj” include date privind dimensiunile pavajului (suprafaţă,

grosimea stratului) şi reţeta materialelor (raportul agregatelor brute şi fine, bitum). Informaţia pe care o are asupra tonajului materialelor, împreună cu datele din „parametrii de proces”, vadetermina volumul de activitate într-un proiect de pavaj pentru calculul inventarului. Parametrii pot fi grupaţi în „dimensiunea pavajului”, „reţeta materialelor” şi „durata de viaţă a materialelor”.

Datele privind tonajul materialelor într-un proiect sunt disponibile, în mod normal, de la furnizorul materialelor. Această foaie de calcul foloseşte „formatarea condiţionată”, care este capabilă să avertizeze utilizatorul cu privire la orice introducere de date ilogice, de exemplu suma tonajului materialelor nu este egală cu greutatea totală. Atât conţinutul de bitum, cât şi conţinutul emulsificator sunt variate în aceste aplicaţii. Speranţa de viaţă a pavajului este un factor important, afectând rezultatele inventarului, pentru influenţa efectivă a definirii graniţei sistemului şi unitatea funcţională în studiul evaluării ciclului de viaţă.

III.4.3. Unitatea de inventar În foaia de lucru a „unităţii de inventar”, un mediu de intrare şi inventarul de ieşire sunt construite

pentru unitatea proceselor, într-un proiect al asfaltului. Emisiile provenite de la un proces au două aspecte. Unul este procesul în sine (funcţionarea motorului diesel, ulei de ardere a gazelor), iar celălalt este producerea de energie consumată în acel proces. Această foaie de lucru poate fi grupată în „producerea de energie”, „arderea combustibililor fosili”, „operaţiunea vehiculului de transport” şi „operarea construcţiei vehiculelor”.

Date privind producerea de energie electrică provin de la Universitatea Sectorului Energiei Electrice (EURELECTRIC), folosind media pe industrie a 15 state europene. O versiune ulterioară anului 2005 este disponibilă numai pentru membrii EURELECTRIC. Datele privind producţia de motorină sunt luate din studiul Institutului de Cercetare a Mediului suedez, acoperind stadiul de viaţă al extragerii ţiţeiului, rafinarea şi transportul până la consum. Surse alternative de date de inventar privind producţia de energie (energie electrică, gaze naturale şi petrol) pot include raportul Inventarului Naţional de Emisii Atmosferice şi BUWAL 250 (baza de date îm SimaPro 7).

Gazele naturale şi uleiul petrolier (ulei de ardere, GPL) sunt arse în instalaţii (pentru asfalt, emulsie) şi de vehiculele de construcţie (pavator) cu scopul de încălzire. Motorina este consumată de motoarele vehiculelor de transport (camion, locomotivă) şi ale vehiculelor de construcţie (pavator, cilindru). Limetele de emisie ale acestor procese de ardere a combustibililor fosili sunt specificate în Agenţia Europeană de Mediu. Pentru a evita restricţiile de confidenţialitate şi diferenţele dintre producătorii de maşini, aceste limite de emisie, dacă există, sunt utilizate în acest model de evaluare a ciclului de viaţă ca sarcini de inventar al consumului de combustibili fosili. Limitele alternative de emisie pe motoarele diesel (inclusiv de CO, CO2, HC, NOx şi particule) sunt definite de Asociaţia Constructorilor Europeni de Automobile şi Unitatea Naţională Economică a Comisiilor Europene, în unitatea g/km.

Tabelul 9 – Standardul European de Emisie (Euro IV)

Strat Test Emisie (g/kWh)

CO HC NOx PM Fum (m-1) Euro IV ESC&ELR 1,5 0,46 3,5 0,02 0,5

ESC: European Stationary Cycle; ELR: European Load Response.

O serie de caracteristici ale vehiculului (tip de combustibil, vârstă, kilometraj), condiţiile

operaţionale (viteză, acceleraţie, fluxul de trafic), precum şi factorii de mediu (altitudinea, temperatura mediului ambiant) au un efect asupra nivelului emisiilor de gaze. Limitele de emisii (tabelul 9, eficiente din octombrie 2005), cu privire la motoarele diesel grele, sunt utilizate în acest model de evaluare a ciclului de viaţă ca inventar pentru funcţionarea motoarelor diesel a vehiculelor de transport. Limitele din stadiul III al motoarelor diesel controlate (tabelul 10, eficiente din ianuarie 2006) sunt folosite ca inventar pentru

27

funcţionarea motoarelor diesel a vehiculelor de construcţie. Vehiculele pentru transport/construcţie, se presupune ca în studiul evaluării ciclului de viaţă, să ruleze la capacitatea lor de operare, după cum se specifică de către contractori.

Tabelul 10 – Limitele din stadiul III al motoarelor diesel controlate

Emisie (g/kWh) Puterea motorului

(kW) NOx N2O CH4 CO NMVOC PM NH3 FC

(g/kWh) 0 – 20 14,1 0,35 0,05 8,38 3,82 2,22 0,002 271

20 – 37 6,40 0,35 0,05 5,50 1,10 0,60 0,002 269 37 – 75 4,00 0,35 0,05 5,00 0,70 0,40 0,002 265

75 – 130 3,50 0,35 0,05 5,00 0,50 0,30 0,002 260 130 – 560 3,50 0,35 0,05 3,50 0,50 0,20 0,002 254

> 560 14,4 0,35 0,05 3,00 1,30 1,10 0,002 254 FC: consumul de combustibil

III.4.4. Proiectul de inventar În foaia de lucru „proiectul de inventar”, inventarul unităţii de date pentru producţia de materiale,

transport şi construirea de pavaj, sunt agregate în unitatea proiectului de pavaj, bazat pe volumul de activitate calculat de la „parametrii pavajului” (pentru tonajul materialelor şi zona pavajului) şi de la „parametrii procesului” (pentru distanţa de transport). Rezultatele pot fi grupate în „producţia de materiale”, „transport” şi „plasarea materialelor”.

La sfârşitul foii de lucru există un total pentru fiecare intrare de mediu (energie, agregate) şi ieşire (CO2) pentru acest proiect al pavajului.

III.4.5. Caracterizarea rezultatelor Acest model se referă, de asemenea, la revizuirea metodelor existente de evaluare a impactului şi

metodele recomandate de către Institutul de Stabilire a Cercetărilor în Construcţii din Marea Britanie şi ISO 14044. Pe baza constatărilor din studiile de mai sus, 11 categorii de impact sunt alese pentru a fi utilizate în acest model (tabelul 11). De asemenea, în foaia de lucru „caracterizarea rezultatelor” sunt prezentate modelele selectate de evaluare (modelul de caracterizare şi factorul de caracterizare). Un număr de emisii în apă (CBO, de exemplu, clorură) se aplică în acest caz.

În funcţie de domeniul de aplicare al unui studiu de evaluare a ciclului de viaţă, caracterizarea rezultatelor poate fi împărţită de către o valoare de referinţă (normalizare), care în acest studiu, este factorul de caracterizare pe cap de locuitor din Marea Britanie. Cele mai recente cifre din literatura de specialitate sunt prezentate în tabelul 12. Identificarea zonelor semnificative bazate pe sarcinile de inventar şi analizelor de date, deasemenea pot fi efectuate pentru un proiect de pavaj, aşa cum se arată în studiul de caz.

Tabelul 11 – a) IPCC: Intergovernmental Panel on Climate Change; WMO: World Meteorological Organisation; IIASA: International Institute of Applied System Analysis; CML: Institute of Environmental Sciences, Leiden University; EMEP: Convention on Long-range Transboundary air pollution; SAFEL: Swiss Agency for the Environment, Forests and Landscape; DALY: Disability Affected Life Years.

b) In normalisation phase, tonne of oil equivalent (TOE, 1TOE Ľ41,868 MJ) is used, to be consistent in the unit with other environmental loadings, such as the quarry depletion and emissions.

c) Figure for NO2. d) Figure for carcinogenic PAH (polycyclic aromatic hydrocarbons). e) Figure for the total of Arsenic (As), Cadmium (Cd), Mercury (Hg) and Lead (Pb). f) Figures in Eco-toxicity are the mean characterisation factor of ‘fresh water aquatic eco-toxicity’,

‘marine aquatic eco-toxicity’ and ‘terrestrial eco-toxicity’.

28

g) Figure in the bracket is for night-time (22pm–6am) journey (sleep disturbance); figure outside is for daytime (6am–22pm) journey (communication disturbance). As for comparison, the DALY of truck emissions (CO, NOx, HC and PM10) per 1000 vehicle kilometre is 1.14E_03. If the time of the day of the transport is unknown, a day/night-time split of 95:5 is assumed.

Tabelul 11 – Clasificare şi caracterizare

29

Tabelul 12 – Factorii de normalizare

a) Global figure. b) Data on UK total emissions of C2H4 and PO4 are difficult to obtain. Therefore in the normalisation

phase, NMVOC and NOx are appointed instead as the indicator for ‘groundlevel ozone formation’ and ‘eutrophication’, respectively. Characterised results presented as C2H4 -equivalent and PO4 -equivalent are then converted, using the characterisation factor in that impact category, into NMVOC-equivalent and NOx-equivalent, respectively. For the same reason, NH3 and Heavy metals are used in the LCA study to replace 1,4- Dichlorobenzene as the indicator for ‘human toxicity’ and ‘eco-toxicity’, respectively.

c) Same as in Table 6, data on heavy metals refer to the total of Arsenic (As), Cadmium (Cd), Mercury (Hg) and Lead (Pb). The normalisation factors for each are presented in Table 12.

d) Total tonnage of waste sent to landfill.

III.5. Studiu de caz: Pavajul de asfalt la Londra Heathrow Terminal – 5 III.5.1. Proiectul de fond, scopul şi definirea domeniului de aplicare Studiile anterioare de evaluare a ciclului de viaţă au pus la îndoială beneficiile de mediu de utilizare

a deşeurilor de sticlă, ca agregate pentru construcţii din punct de vedere al amprentei de carbon, în special atunci când reciclarea implică un transport de deşeuri de sticlă de mai mult de 30-40 km.

Acest studiu de caz investighează ciclul de viaţă ecologic al pavajului de asfalt la drumul de acces, în care agregatele naturale au fost parţial înlocuite cu deşeuri de şi asfalt regenerat. Aceasta este urmată de o discuţie şi o analiză a datelor referitoare la variabilele cele mai importante din acest proiect. Acest studiu de caz este de a testa şi calibra modelul evaluării ciclului de viaţă al pavajului asfaltic. Constatările pot fi benefice inginerilor de drumuri sau cercetătorilor care se ocupă de reciclare în traficul rutier.

Datele necesare pentru acest studiu sunt obţinute, în principal, de la furnizorii de materiale şi contractori. Calitatea acestor date sunt analizate mai târziu în faza de interpretare. Proprietăţile inerente ale sticlei nu au fost modificate prin reciclare, intrarea deşeurilor de sticlă calculându-se la fel ca agregatele de piatră. Integratele de energie în fabricarea sticlei nu sunt incluse în acest studiu.

Se presupune că utilizarea acestor materiale reciclate nu au efecte măsurabile asupra speranţei de viaţă a straturilor de asfalt sau constrângerile de ordin tehnic refolosite sau reciclate, atunci când aceste straturi sunt înlocuite. Limita de materiale reciclate este stabilită la punctul de colectare. Modurile alternative de eliminare includ transportul acestor materiale la depozitul de deşeuri (figura 9).

30

Figura 9 – Limita sistemului proiectului

Funcţia suprafeţei de asfalt este de a oferi siguranţă, confortabilitate, economic şi durabilitate

condusului. Unitatea funcţională este definită ca 30000 m2 din suprafaţa de asfalt. Acest studiu de caz presupune aceeaşi durabilitate a straturilor de asfalt între cele două propuneri. Aceasta se reflectă în definiţia unităţii funcţionale, care include elemente numai în faza de construcţie. Straturile de pavaj incluse pentru studiu constau din 35 mm al stratului de piatră de suprafaţă, 77 mm al stratului de liant la coeficient bituminos înalt (HMB) şi 205 mm al stratului de bază la coeficient bituminos înalt. În figura 10 sunt reprezentate agregatele folosite(agregate de piatră, bitum, emulsie, deşeuri de sticlă, asfalt reciclat). Evaluarea tehnică a Smartex pentru suprafaţă este văzută în raportul Laboratorului de Cercetare al Transportului din Marea Britanie.

Natura şi volumul de muncă în faza evaluării ciclului de viaţă au fost discutate cu clientul pentru definirea scopului studiului şi a fost considerat un proces de analiză pentru mediu, care are nevoie de foarte puţini ingineri de drumuri odată ce inventarul ciclului de viaţă este complet. Bazându-se pe instruirea clientului şi pe faptul că cele mai multe proceduri ar repeta cele descrise, mai devreme acest studiu de caz va trece direct în faza de interpretare de la finalizarea analizelor inventariate.

Figura 10 – Structura pavajului în acest proiect

31

III.5.2. Analize inventariate Dimensiunea pavajului, reţeta de asfalt şi tonajul materialelor sunt observate în figura 10. Se

presupune că singura diferenţă între cele două propuneri constă în utilizarea deşeurilor de sticlă , incinerarea de jos (IBA) şi pavajul asfaltic reciclat (RAP). 10% din incinerarea de jos şi 10% din sticlă au fost folosite pentru a înlocui agregatele fine şi brute în cursul de liant şi de bază.

Tabelul 13 – Parametrii de transport

Tabelul 14 – Parametrii vehiculelor

Vehiculele de transport, distanţa şi consumul de carburant al vehiculelor de construcţie sunt

observate în tabelele 12 şi 13. Pentru acest proiect mai sunt calculate intrările de mediu (materii prime, energie) şi ieşirile de mediu (emisiile în apă şi aer, deşeurile solide). Înlocuirea sticlei necesită mai multă energie şi rezultă mai multe emisii. Acest lucru se datorează consumului ridicat de combustibil utilizat în colecterea deşeurilor de sticlă (442 Mj/t), comparativ cu cea de 42 Mj/t pentru agregatele extractive. Energia şi încărcările de CO2 pentru aceste scenarii de reciclare sunt prezentate în figura 11.

32

Figura 11 – Compararea energiei şi CO2 între scenariile de reciclare

III.5.3. Interpretare Nu toate datele necesare pentru acest studiu de evaluare a ciclului de viaţă au fost disponibile de la

contractori. Unele au fost obţinute de la media pe industrie, care nu sunt specifice acestui proiect. Datele folosite în acest studiu de caz au fost de vârstă mixtă. Un inventar complet al încărcării de mediu al produselor de asfalt şi al proceselor este bine venit în utilizarea evaluării ciclului de viaţă.; foarte des, cu toate acestea, doar datele energetice sunt disponibile.

În proiectul Terminal-5, asfaltul, bitumul şi agregatele de producţie consumă aproximativ 62%, 23% şi 6% din totalul de energie, producând mai multe emisii decât alte procese. Un alt dezavantaj semnificativ de reciclare a fost economisirea a 5766 t de agregate naturale, redirecţionarea a 579 t de deşeuri de sticlă şi 989 t de deşeuri de la arzătorul de jos, de la depozitele de deşeuri. Cercetări suplimentare sunt necesare pentru a determina rata de recuperarea reziduurilor de liant.

Transportul de agregate a reprezentat mai mult de 61% din toate utilizările diesel pentru transport. Acest lucru se datorează distanţei lungi de transport şi tonajului materialelor. Locomotivele feroviare, cu o eficienţă mai mare de combustibil (0,17 Mj/txkm) decât camioanele (0,46-0,94 Mj/tx km), au fost utilizate pentru transportul agregatelor. Verificarea sensibilităţii are scopul de a determina influenţa variaţiilor surselor de date, metodologia şi ipotezele cu privire la rezultatele inventarului. În mod normal, se efectuează după identificarea zonelor semnificative.

Elementele esenţiale pentru un studiu de calitate al modelului de evaluare a ciclului de viaţă al pavajelor de asfalt sunt prezentate în figura 12. Principalele îmbunătăţiri includ următoarele aspecte:

- abilitatea de comunicare cu anteprenorii face chestionarul punctului de date specifice proiectului concis;

- nivelul de detaliu şi gradul de complexitate al modelului, atunci când procesul de calcul devine rapid şi mai adaptabil în acelaşi timp

- prezentarea rezultatelor; - dezvoltarea fazei de evaluare a impactului, oferă atât elemente obligatorii cât şi opţionale abordate în

seria ISO 14040.

33

Figura 12 – Elemente pentru un studiu de succes al evaluării ciclului de viaţă al pavajului de asfalt

34

Capitolul IV – Producţia asfaltului reciclat şi asfaltului de înaltă performanţă pentru pavajele rutiere

IV.1. Introducere

În fiecare an, construcţia şi reconstrucţia de şosele implică un consum considerabil de resurse

valoroase şi naturale neregenerabile şi, în special, materiale componente ale mixturilor bituminoase: bitum şi agregate minerale. În plus, lucrările de întreţinere ale reţelelor de drumuri implică producerea de mari cantităţi de materiale aruncate, provenind de la pavaje bituminoase degradate, cu consecinţe severe asupra mediului în timpul transportării lor la depozitul de deşeuri. Pentru dezvoltarea durabilă, obiectivele de reducere a consumurilor de resurse naturale valoroase şi, în acelaşi timp, reutilizarea la maxim a acestor resurse naturale, în orice caz, s-a cerut tehnologiilor de drumuri implicate în lucrările la drumuri să ia în considerare mai multe tehnici de reciclare pentru suprafeţele noi şi/sau structura straturilor şoselelor cu pavaj bituminos.

Scopul cercetării a fost să perfecţioneze, într-un studiu de laborator, câteva noi mixturi asfaltice având proprietăţi fizice şi mecanice nu mai mici decât cele specificate de „Specificaţiile Italiene” curente pentru asfalt, caracterizate de conţinutul ridicat de asfalt reciclat (30%, 40%, 50%) şi proiectate pentru toate straturile

IV.2. Materia studiată şi planul experimental Studiul experimental a fost planificat în mod special pentru a determina efectul conţinutului de

bitum, precum şi mărimile maxime ale agregatelor în mixtură, pe lângă efectul conţinutului de material reciclat. Planul a fost focalizat pe caracterizarea fiecărui material folosit pentru producerea mixturilor, atât reciclate cât şi pure, la fel ca în testele experimentale pentru caracteristicile fizice şi mecanice ale produsului finit, pentru a garanta calitate ridicată şi performanţă, chiar dacă utilizarea procentelor ridicate de asfalt reciclat sunt cele de mai jos:

- pentru fiecare mixtură studiată, la fiecare conţinut de liant selectat şi la fiecare procentaj de asfalt reciclat studiat

a) testul de compatibilitate la Shear Gyratory Compactor (SGC), în conformitate cu Standardul EN 12697-10 (EN, 2002)

b) testul de stabilitate Marshall, în conformitate cu Standardul EN 12697-34 (EN, 2004) c) testul de tensiune indirectă, în conformitate cu Standardul EN 12697-23 (EN, 2003) d) testul de tensiune indirectă la 25oC, după 7 şi 15 zile de imersare în apă, în concordanţă cu

Standardul Italian CNRBU 134/91 (CNR, 1991) e) pierderea Cantabro a testului greutăţii modelului Marshall, în conformitate cu Standardul EN 12697-

17 (EN, 2004)

35

Tabelul 15 – Caracteristicile calitative ale bitumului

Caracteristica Valoarea minimă

Valoarea maximă

Adâncime de

pătrundere

Unităţi Standarde

Conţinutul de bitum (b%) 4,64 4,87 0,23 % ASTM D1856

(ASTM, 1979)

Penetraţia la 25oC (Pen) 18 21 3 dmm EN 1426 (EN,

2000a,b) Temperatura Ring&Ball

(TR&B) 64 66 2 oC EN 1427

(EN, 2000b) Indexul de penetrare (I.P.) - 0,1 - - UNI 4163

(UNI, 1959)

Tabelul 16 – Caracterizarea fizică şi mecanică a agregatelor minerale recuperate

Caracteristica Agregatul mineral Umplutura Unităţi Standard

Densitatea particulei (ρr) 2,87 2,89 g/cm3 EN 1907-6 (EN, 2000c)

Densitatea particulei aparente (ρa) 2,85 - g/cm3 EN 1907-6 (EN, 2000c)

Abraziunea Los-Angeles (L.A.) 19,78 - % EN 1097-2 (EN, 1998b)

Rezistenţa abrazivă Micro-Deval în apă (M.D.U.)

9,2 - % EN 1097-1 (EN, 1996)

Echivalentul de nisip (SE) 78 - % EN 933-8 (EN, 1997b)

Valoarea pietrei şlefuite (PSV) 0,40 - - EN 1097-8 (EN, 1999b)

Indexul Flakiness (FI) 1,43 - - EN 933-3 (EN, 1998a,b)

Procentul de degradare 100 100 % EN 933-5 (EN, 1998a,b)

Golurile umpluturii compactată - 32,95 % EN 1907-4 (EN, 1999c)

- doar pentru amestecul de suprafaţă optimizat, determinat prin testele anterioare a) test dinamic pentru determinarea modurilor complecse, la temperaturi diferite şi frecvenţe de

încărcare, pentru determinarea curbelor principale ale mixturilor studiate b) test dinamic pentru rezistenţa la îmbătrânire, prin forţe repetate de deformare aplicate la temperatura

de 15oC şi cu o frecvenţă de încărcare stabilită la f=35 Hz c) test pentru determinarea rezistenţei la rulare, în conformitate cu Standardul EN 12697-22 (EN,

2003b).

36

IV.2.1. Rezultatele preliminare ale testărilor materialelor componente Utilizarea asfaltului reciclat în studiul de faţă este clasificată ca asfalt reciclat de înaltă calitate de

tipul F1, în conformitate cu Standardul EN 13108-9 (EN, 2005a), fără materiale străine cu referire la ambele materiale componente şi omogenităţii lor . Într-adevăr este un asfalt reciclat dintr-o singură sursă obţinută prin măcinarea stratului de suprafaţă, a cărui compoziţie şi origine a fost cunoscută.

Caracteristicile reologice ale bitumului recuperate de la asfaltul reciclat, în conformitate cu Standardul ASTM D1856 (ASTM, 1979) sunt date in tabelul de mai sus. Rezultatele testărilor caracteristicilor fizice şi mecanice de la recuperarea agregatelor minerale sunt date, de asemenea, în tabelul de mai sus. Analiza efectuată în conformitate cu Standardul EN 12697-2 (EN, 2008) privind agregatele recuperate de la asfaltul reciclat, face posibilă sublinierea nivelului ridicat de consistenţă şi omogenitate al acestei caracteristici.

Printre cele disponibile în comerţ, pentru studiul bitumului special a fost ales studiul caracterizat de proprietăţile de întreţinere, astfel încât favorizează utilizarea altor aditivi. Prin urmare, a fost ales un bitum cu conţinut aromatic de 70/100 obţinut prin dezasfaltarea bitumului selectat.

Agregatele minerale, folosite pentru acest plan experimental, sunt obţinute din combinarea agregatelor de diferite dimensiuni disponibile în instalaţia de producţie, exprimate de la A1 la A4, cu adaos de umplutură mineral, după cum este necesar. Pentru fiecare fracţie de agregat, gradaţia este arătată în figura 13. Testele de laborator pentru caracteristicile fizice şi mecanice, efectuate pentru fracţiunile indicate mai sus, condiţionează rezultatele din tabelul 17.

Tabelul 17 – Caracteristicile fizice şi mecanice ale agregatelor pure

Proprietatea agregatului

Fracţia a1 (20/25)

Fracţia a2 (10/15)

Fracţia a3 (6/10)

Fracţia a4 (0/6)

Umplutură

Unităţi

Standarde

Densitatea particulei (ρr)

- - - 2,89 2,89 g/cm3 EN 1907-6 (EN, 2000c)

Densitatea particulei aparente

(ρa)

2,83 2,84 2,86 2,87 - g/cm3 EN 1907-6 (EN, 2000c)

Abraziunea Los-Angeles (L.A.)

17,7 19,6 19,7 - - % EN 1097-2 (EN,1998a,b

) Rezistenţa abrazivă Micro-Deval în apă

(M.D.U.)

8,5 - - - - % EN 1097-1 (EN, 1996)

Echivalentul de nisip (SE)

- - - 77 - % EN 933-8 (EN, 1999b)

Valoarea pietrei şlefuite (PSV)

- 0,40 - - - - UNI 1097-8 (EN, 1999b)

Indexul Flakiness (FI)

2,02 1,70 - - - - EN 933-3 (EN,1997a,b

) Indexul Shape (SI) 3,96 3,24 - - - % EN 933-4

(EN, 1999d) Absorbţia apei 0,31 0,44 0,70 0,97 - % EN 1907-6

(EN, 2000c) Golurile umpluturii

compactată - - - - 32,70 % EN 1907-4

(EN, 1999c)

37

Figura 13 – Gradarea fracţiilor agregatelor utilizate pentru producerea mixturilor studiate

IV.2.2. Definirea amestecurilor studiate

Pentru studiu, au fost alese reţetele deja optimizate, caracterizate de gradare şi componenţa

proporţională, care sunt în conformitate cu gama tipică de valori recomandată de majoritatea specificaţiilor italiene pentru întreţinerea şoselelor şi a aeroporturilor, lucrărilor de construcţie şi reconstrucţie. Amestecurile dorite pot fi atribuite fiecărei utilizări posibile la pavajele flexibile, după cum urmează:

- straturi subţiri de suprafaţă pentru scopuri de întreţinere - straturi structurale de suprafaţă

Criteriul de formare vizează garantarea prealabilă a lucrabilităţii adecvate şi compactibilitatea de asfalt reciclat, datorită utilizării atât a conţinutului ridicat de bitum, cât şi a conţinutului mastic înalt. În ceea ce priveşte gradarea mixturii, pentru fiecare strat diferit considerat, s-a făcut referire la cele indicate în standardul curent specificat pentru amestecul cald de asfalt (MIT, 2002; ANAS, 2003).

Amestecurile pentru a fi utilizate în straturile de suprafaţă au fost exprimate ca U3 şi U5, cu referire la grosimile tipice ale stratului (3 şi 5 cm). Pentru liant şi cursul de bază, un amestec denumit Bi a fost ales (care se încadrează în banda de gradaţie pentru AC16 definit de Standardul Swiss 640431-1aNA; SNV, 2003). Prin urmare, amestecurile studiate sunt cele prezentate în tabelul 18.

38

Tabelul 18 – Compoziţia mixturilor studiate

Conţinutul de bitum pentru fiecare amestec a fost ales în concordanţă cu intervalul dat de

specificaţiile italiene luate ca referinţă, şi, de asemenea, cu privire la conţinutul minim de bitum (prin greutatea acumulată) recomandat de Standardul Swiss SN 640431-1aNA (tabelul 19).

Selectarea procentajului de reciclare a fost făcută pe motivul din spatele acestui studiu (reutilizarea maximă a asfaltului reciclat pentru producerea de amestecuri reciclate la înaltă performanţă), precum şi pe unele aspecte tehnice cum ar fi:

- consistenţa proprietăţilor amestecului de a fi garantat - omogenitatea şi consistenţa asfaltului reciclat pentru a fi utilizate - caracteristicile de întindere a bitumului primar selectat - caracteristicile instalaţiei producţiei de asfalt pentru a permite un procent mare de reciclare.

Prin urmare, au fost considerate următoarele procente de reciclare: 80%, 40%, 50% indicate cu F0 (amestec de referinţă, fără materiale reciclate), F40 (amestec caracterizat prin procentul maxim admisibil de reciclare, aşa cum recomandă literatura de specialitate SETRA, 2004) şi F50 (amestec caracterizat prin cantitatea maximă de asfalt reciclat, în considerare cu materialele disponibile).

39

Tabelul 19 – Abundenţa coeficientului şi a conţinutului de liant

IV.3. Rezultatul testului şi discuţii Încercarea de compactere a testelor la SGC a fost efectuată pe modelul amestecului bituminos, în

conformitate cu EN 12697-31 (EN, 2004c). Figurile 14 şi 15 descriu rezultatele obţinute pentru amestecurile de tip U3, comparându-le pentru a evidenţia influenţa conţinutului de asfalt reciclat pentru un conţinut fix de bitum din amestecuri. În timpul testului, raportul giratoriu de forfecare a fost măsurat în scopul de a monitoriza stabilitatea internă a amestecului în timpul compactării.

IV.3.1. Testul Cantabro Având în vedere introducerea unor cantităţi mari de asfalt reciclat în amestecurile studiate, s-a crezut

necesar să se adopte o metodă de testare care să facă posibilă evaluarea calităţii bitumului/agregatului, pentru a garanta durabilitatea satisfăcătoare a amestecurilor.

40

Figura 14 – Compactibilitatea curbei la SGC amixturilor de tip U3K0

Figura 15 – Compactibilitatea curbei la SGC a mixturilor de tip U3K1

41

În acest scop, pierderea abraziunii Cantabro s-a dovedit a fi destul de rapidă pentru a evalua eficient şi suficient comportamentul liantului în amestec, aşa cum rezultă din caracteristicile liantului (coeziunea, susceptibilitatea termică, aderenţa şi îmbătrânirea). Acest test a fost efectuat în conformitate cu Standardul EN12697-17 (EN, 2004 B), la 18oC. Rezultatele obţinute, exprimate ca valoare medie a pierderii Cantabro, sunt prezentate în figura 16, în funcţie de procentul asfaltului reciclat folosit în amestec. Pentru fiecare amestec, figura 16 arată în mod clar o tendinţă de agravare a coeziunii interne o data cu creşterea procentului de asfalt reciclat. În plus, pentru fiecare amestec, o reducere a procentului pierderilor de masă, poate fi observat un conţinut mai mare de bitum.

Figura 16 – Pierderea Cantabro pentru amestecurile studiate

IV.3.2. Testul Marshall şi discuţii Rezultatele testului Marshall, la fel ca şi testul de încercare la tracţiune efectuat pe fiecare amestec de

studiat, pentru evaluarea conformităţii proprietăţilor mecanice în concordanţă cu cerinţele exprimate, sunt redate în tabelele 20 şi 21. Examinând rezultatele testului, este uşor de observat că toate amestecurile analizate în acest studiu, sunt conforme nu doar cu nivelele minime pentru stabilitatea Marshall, ci şi cu cerinţele specificaţiilor italiene şi, de asemenea, cu performanţele înalte urmărite de această cercetare. În ceea ce priveşte golurile de aer reziduale în cauză, numai amestecurile de tipul U3 pentru suprafeţe subţiri au valori corespunzătoare cu conţinuturile ridicate de bitum. Prin urmare, pentru efectuarea anchetelor pentru aceste amestecuri, a fost necesar să se reducă coeficientul abundent şi să se testeze doar la conţinuturi mici de liant, numiţi K1 şi K2. În scopul furnizării unei reprezentări uşor de înţeles a variaţiei coeficientului Marshall, ca o funcţie a ambelor modele de bitum şi conţinutul de asfalt reciclat în amestec, rezultatele testului Marshall sunt prezentate în figura 17, în care pragurile stabilite de specificaţiile ANAS (ANAS 2003) date sunt diferenţiate pentru fiecare strat. Din rezultatele obţinute se poate observa, pentru fiecare amestec studiat, o scădere a stabilităţii Marshall odată cu creşterea conţinutului de liant. Acest lucru se datorează faptului că, pentru a asigura compactibilitate şi rezistenţă la apă şi producerea daunelor, precum şi la îmbătrânirea

42

amestecurilor, este recomandat să se aleagă un strat gros de liant sau un conţinut ridicat de liant la valori optime ale caracteristicilor. Aceeaşi tendinţă descrescătoare cu conţinutul de bitum poate fi determinată pentru coeficientul Mashall. Acest rezultat este în concordanţă cu ceea ce era de aşteptat, deoarece duritatea totală a bitumului creşte cu conţinutul de asfalt reciclat. Rezultatele anterioare sunt susţinute de rezultatele coeficientului Marshall, care creşte cu creşterea conţinutului de asfalt reciclat.

Tabelul 20 – Valorile testului Marshall

Tabelul 21 – Rezultatele Marshall pentru amestecurile studiate

Din acelaşi motiv, golurile Marshall cresc cu conţinutul de asfalt reciclat şi, în consecinţă, valorile calculate pentru golurile umplute cu bitum (VFB descresc, tabelul 21). Folosind un procent mare de materiale reciclate în amestec, de fapt, este acelaşi ca şi utilizarea de bitum mai greu, care, pentru clima mai caldă, face posibilă acceptarea unui conţinut ridicat de bitum pentru îmbunătăţirea rezistenţei la oboseală şi la rulare.

43

Figura 17 – Stabilitatea Marshall pentru fiecare amestec studiat

IV.3.3. Testul la tensiune indirectă şi rezultate

Conţinutul foarte ridicat de material reciclat în amestec face necesară evaluarea rezistenţei amestecurilor studiate la apă, prin efectuarea de teste de rezistenţă la rupere, înainte şi după înmuierea în apă. Testele au fost efectuate la 25oC, după condiţionarea standardului EN12697-23 (EN2003A) sau după înmuierea în apă la 40oC pentru 7-14 zile, în conformitate cu standardele italiene CNR134/ 91 CNR(1991). Rezultatele sunt prezentate în tabelul 22. Toate amestecurile studiate, în conformitate cu cerinţele specificaţiilor italiene pentru ambele rezistenţe la întindere şi rezistenţă a asfaltului la daunele produse de intrarea apei, sunt redate în figurile 18 şi 19. Din rezultatele date se poate observa că rezistenţa la rupere descreşte cu creşterea conţinutului de liant, după cum s-a văzut deja din stabilitatea Marshall. În sfârşit, în ceea ce priveşte susceptibilitatea apei, se poate concluziona că:

- pentru toate amestecurile, raportul R respectă pe deplin cerinţele din standardul italian - cum era de aşteptat, testarea după 14 zile de înmuiere la 40oC este cea mai severă comparativ cu

testarea după 7 zile, luând în considerare şi alte specificaţii - în orice caz, metodele testate considerate de specificaţiile italiene nu sunt în măsură să ia în

considerare efectul conţinutului de liant, aşa cum se întâmplă pentru alte metode experimentale cum ar fi standardul ASTMĂ D4867 (ASTMĂ, 2004), testul Duriez şi testul modificat Lottman (T283AASFTO, 2007).

- înainte de dispersia rezultatelor testate, o anumită reducere a rezistenţei la rupere pentru o perioadă lungă condiţionată în apă la 40oC poate fi observată. În plus, indiferent de conţinutul de bitum, rezistenţa la rupere creşte cu conţinutul de asfalt reciclat. Acest rezultat care a fost observat pentru stabilitatea Marshall şi care a fost relatat, la un nivel

constant de conţinut de bitum cu o creştere constantă în întărirea bitumului, este o urmare a utilizării unor cantităţi mari de asfalt reciclat.

44

Tabelul 22 – Rezultatele testului de rezistenţă indirectă la rupere

Figura 18 – Rezistenţa indirectă la rupere, ca o funcţie a conţinutului de asfalt reciclat

45

Figura 19 – Păstrarea raportului rezistenţei la rupere

IV.3.4. Rezistenţa la rulare

În scopul de a evalua rezistenţa la rulare a amestecului, testele de rulare au fost efectuate în conformitate cu standardul EN 12697-22 (EN, 2003b). Având în vedere semnificaţia acestui test şi tinând cont de grosimea tipică a stratului asociat fiecărui tip de amestec studiat, s-a decis să se testeze doar amestecurile pentru stratul uzat, cu grosimea tipică stabilită la 5 cm, care face parte din tipul de amestec U5, pentru fiecare liant şi fiecare conţinut de asfalt reciclat. Pentru aceste amestecuri, la fiecare conţinut de asfalt reciclat, adâncimea rutului ca o funcţie de un număr N de aplicaţii este dată în figura 20. Rezultatele testului arată că, utilizarea materialelor reciclate creşte foarte mult rezistenţa la rulare, ca o consecinţă a rigidităţii liantului total din amestec.

Se poate concluziona că utilizarea materialelor reciclate reduce drastic cumularea rutului la temperaturi înalte, deoarece panta WT Sair scade cu creşterea procentului de asfalt reciclat în amestec. Pe baza acestor rezultate, este posibil să se ia în considerare dublarea duratei de viaţă a stratului de suprafaţă cu privire la degradarea pavajului (care este deosebit de gravă în ţările cu climă caldă).

46

Figura 20 – Creşterea adâncimii rutului

IV.3.5. Testul coeficientului complex şi rezultate

Au fost efectuate testul coeficientului complex şi testul la oboseală. Testul coeficientului complex a fost efectuat utilizând ca punct de reper testul Device Bending Three-point, obţinut prin impunerea unei linii sinusoidale cu amplitudine constantă. Nivelul de amplitudine a fost stabilit la ε=35µm. Testele coeficienţilor au fost efctuate la 5 nivele de temperatură diferite (0oC, 10oC, 20oC, 40oC), pentru fiecare temperatură măsurătorile fiind luate la o frecvenă de 30 – 100 Hz. Examinând rezultatele testelor coeficienţilor complecşi, se poate observa clar influenţa introducerii de materiale reciclate în amestecuri (figurile 21, 22, 23). Aşa cum se poate observa din examinarea curbelor coeficientului complex şi, în special, comparându-le la aceeaşi gradare, mixturile cu 50% materiale reciclate oferă, pentru fiecare temperatură şi frecvenţă de încărcare, o performanţă mai ridicată decât cele cu conţinut mic de asfalt reciclat. Amestecurile cu 40% asfalt reciclat au coeficientul chiar sub coeficientul amestecurilor cu 50% asfalt reciclat, dar mai mare decât amestecurile cu 0% asfalt reciclat, acest efect fiind mai evident la testele cu temperaturi mai înalte.

Ca un exemplu, tabelul 23 prezintă un rezumat al coeficientului rigid calculat pentru diferite amestecuri la 20oC şi 35Hz. Rezultatele testului dovedesc o îmbunătăţire a rigidităţii dobândită prin adăugarea unui conţinut mare de asfalt reciclat în amestecuri, în comparaţie cu amestecul de control, care nu conţine asfalt reciclat, şi, prin urmare, o capacitate mai bună a răspândirii aplicaţiei sau o mai bună performanţă structurală a amestecurilor propuse, atunci când sunt utilizate într-un pavaj flexibil.

Tabelul 23 – Coeficientul complex la diferite conţinuturi de asfalt reciclat pentru amestecurile de tipul U5K2

47

Figura 21 – Diagrama Cole-Cole-U5F0K2

Figura 22 – Diagrama Cole-Cole-U5F40K2

Figura 23 – Diagrama Cole-Cole-U5F50K2

48

Capitolul V – Concluzii

Gândirea inovatoare şi efortul susţinut depus pentru rezultate de calitate disting tehnologia de reciclare a asfaltului la cald in situ a companiei Martec în acest domeniu. Dar, Martec nu se va culca pe lauri – echipa sa talentată este hotărâtă să îmbine ambiţia cu anii de experienţă internaţională pentru realizarea progresului continuu.

Sediul companiei Martec este în Vancouver, British Columbia. Martec este deţinută de Artec International Recycling Corporation din Canada, Marubeni Corporation din Japonia, Marubeni Benelux S.A. din Belgia şi Green ARM Co. din Japonia, ai cărei acţionari majoritari includ Hitachi Construction Machinery Co., Mitsui Sumitomo Insurance Co., şi ORIX Corporation.

Martec a răspuns cererii globale crescânde pentru tehnologii economice şi ecologice de reabilitare a drumurilor prin fabricarea unei noi generaţii de echipamente pentru reciclarea îmbrăcăminţii asfaltice rutiere. Martec oferă clienţilor săi internaţionali mai multe opţiuni pentru folosirea tehnologiei sale, de la vânzări sau închirieri, până la dezvoltarea de parteneriate locale. Martec ţinteşte să dezvolte în continuare distribuţia pe plan modial a tehnologiei sale prin formarea de parteneriate strategice cu companii experimentate în domeniul reabilitării drumurilor. Utilizarea materialelor reciclate în pavajul de asfalt reprezintă o priză valoroasă pentru astfel de materiale. Depăşirea multor bariere, tehnice şi non-tehnice, necesită angajamentul tuturor părţilor interesate de a acţiona în consecinţă. Eforturile guvernului, în majoritatea cazurilor, sunt importante, dacă nu chiar esenţiale, pentru a oferi cercetarea şi servicii de informaţii gratuite de restricţiile comerciale, putând creşte astfel profitabilitatea reciclării prin intermediul legislaţiei sau stimulentelor financiare. Este evident că fiecare SNM reciclate va avea mai mult de o eventuală utilizare. Folosirea materialelor reciclate este mai durabilă decât găsirea de noi aplicaţii. În afară de factorii tehnici şi economici, îngrijorarea faţă de utilizarea sticlei reciclate în pavajul de asfalt poate veni, de asemenea, din potenţialul ei de a cauza sarcini de mediu în structura traficului rutier, cum ar fi scurgerea de poluanţi şi de levigare. Transportul şi prelucrarea materialelor din sticlă în proporţii dorite presupune utilizarea de energie suplimentară şi creşterea emisiilor proporţionale cu cantitatea prelucrată. Situaţiile conflictuale necesită instrumente obiective de evaluare a mediului care poate cuantifica şi compara diferitele sarcini de mediu pentru construirea diferitelor tehnici, materiale uzate şi opţiuni de întreţinere. Această lucrare a introdus conceptul de evaluare a ciclului de viaţă al pavajului de asfalt prin revizuirea instrumentelor de evaluare a ciclului de viaţă existente la nivel mondial, prin identificarea deficitului de cunoştinţe în industria rutieră din Marea Britanie şi prin descrierea dezvoltării unui model de evaluare a cilului de viaţă pentru construirea pavajelor de asfalt. Detaliile au fost oferite atât de metodologie cât şi de sursele de date. Modelul ar trebui să reprezinte cât mai multe variabile într-un proiect de pavaj. Un model practic ar trebui să fie populat cu date de bună calitate. De asemenea, trebuie testate şi calibrate prin studii de caz reale. Multe procese care nu au aport de energie au fost stopate din studiul evaluării ciclului de viaţă, pur şi simplu pentru că datele de emisie solicitate nu au fost documentate. Pe de altă parte, materialele inovatoare pentru asfalt şi de stabilire a tehnicilor apar ca răspuns la îmbunătăţirea industriei. În cazul în care datele necesare pentru un proces unitate provin de la mai multe surse, compatibilitatea de date trebuie să fie studiată. În ciuda provocărilor, modelul evaluării ciclului de viaţă este acceptat de către sectorul rutier pentru a măsura şi compara impactul duratei de viaţă cheie de mediu ale produselor sale şi a proceselor de construcţie. Aplicaţiile recomandate de modelul evaluării ciclului de viaţă al pavajelor asfaltice include compararea a:

- compoziţiei diferite a asfaltului şi utilizarea materialelor - materialelor reciclate cu agregate pure - diferitelor materiale reciclate - diferitelor tehnici de stabilire sau de reciclare şi opţiunilor de întreţinere - asfaltului cu reţetă standard a betonului.

49

Pe baza rezultatelor acestor teste de laborator pe mixtură asfaltică modificată cu substanţe ignifuge şi cu lianţi de trihidoxid de aluminiu şi ale acestor mixturi comparate cu cele de control, pot fi trase următoarele concluzii:

- substanţele ignifuge pot reduce considerabil inflamabilitatea liantului pentru asfalt la conţinut scăzut - descompunerea termică a liantului pentru asfalt este afectată de prezenţa trihidroxidului de aluminiu - conţinuturile de trihidroxid de aluminiu au un efect redus asupra performanţelor mixturii asfaltice - efectul substanţelor ignifuge şi al trihidroxidului de aluminiu privind rezistenţa indirectă la tracţiune

şi pierderea acesteia este diferit; pierderea rezistenţei indirecte la tracţiune a mixturii asfaltice modificată cu trihidroxid de aluminiu este cea mai mare Pe scurt, utilizarea cu succes a mixturii asfaltice modificată cu trihidroxid de aluminiu în construirea

pavajului poate oferi un nou şi sigur material rutier, mai ales în tunele. Ar trebui remarcat faptul că aceste rezultate au fost bazate pe limitarea datelor de testare din laborator şi ar trebui să fie în continuare examinate în domeniu.

Nevoia unei calităţi ridicate, unui cost eficace şi durabilitatea mediului de construcţie rutieră au condus la definirea unei metodologii pentru studiul amestecurilor bituminoase cu cu conţinut ridicat de asfalt reciclat, pentru a fi utilizat atât în construcţii şi întreţinere de drumuri şi piste de aeroport, cât şi pentru îmbunătăţirea instalaţiilor de producţie de asfalt.

În faza de proiectare a amestecurilor reciclate sunt întâlnite mai multe etape, printre care: - reglarea cantităţii de asfalt reciclat pentru a asigura omogenitatea cerută, în special în ceea ce

priveşte identificarea sursei şi caracterizarea materialelor componente legate de viitoarea utilizare - selectarea unui tip de bitum pur (capabil de a „întineri” liantul vechi din asfaltul reciclat) - caracterizarea fiecărui component al asfaltului produs în laborator, funcţie de utilizarea dorită - optimizarea amestecurilor ce urmează a fi produse, astfel încât să existe un compromis în proiectarea

clasică a amestecurilor bituminoase, între performanţa dorită, buna calitate şi durabilitate. Testele caracteristicilor mecanice efectuate în acest studiu au arătat că, chiar şi cu procente foarte

mari de materiale reciclate (până la 50%), este posibilă realizarea unei conformităţi cu cerinţele din specificaţiile italiene şi standardele pentru amestecuri bituminoase, adică cele care sunt concepute pentru suprafaţa straturilor de drumuri cu nivel foarte ridicat de trafic, în regiunile cu climat cald.

50

Bibliografie

1. Jianying Yu, Peiliang Cong, Shaopeng Wu, “Investigation of the properties of asphalt and its mixtures containg flame retardant modifier” Construction and Building Materials 23 (2009): 2277-2282

2. Clara Celauro, Celauro Bernardo, Boscaino Gabriele, “Production of innovative, recycled and hight-performance asphalt for road pavements” Resources, Conservation and Recycling 54 (2010): 337-347

3. Yue Huang, Roger N. Bird, Oliver Heidrich, “A review of the use of recycled solid waste materials in asphalt pavements” Resources, Conservation and Recycling 52 (2007): 58-73

4. Yue Huang, Roger N. Bird, Oliver Heidrich, “Development of a life cycle assessment tool for construction and maintenance of asphalt pavements” Journal of Cleaner Production 17 (2009): 283-296

51

Cuprins

Capitolul I – Investigarea proprietăţilor asfaltului.............................................................................................1 I.1. Introducere...............................................................................................................................................1 I.2. Materii prime şi metode ..........................................................................................................................1 I.3. Rezultate şi discuţii .................................................................................................................................3 I.4. Urmărirea rezultatelor testului.................................................................................................................6

Capitolul II – Utilizarea deşeurilor solide reciclate în pavajele de asfalt ..........................................................7 II.1. Introducere .............................................................................................................................................7 II.2. Deşeurile care rezultă şi gestionarea deşeurilor solide ........................................................................14

II.2.1. Deşeurile de sticlă .........................................................................................................................14 II.2.2. Zgura de oţel .................................................................................................................................15 II.2.3. Anvelope .......................................................................................................................................16

II.2.3.1. Procesul umed ........................................................................................................................16 II.2.3.2. Procesul uscat.........................................................................................................................17

II.2.4. Materiale plastice ..........................................................................................................................17 II.3. Cerinţele de proprietate pentru materiale în pavajele de asfalt ............................................................18

II.3.1. Cerinţe de proprietate pentru agregate ..........................................................................................18 II.3.2. Cerinţele de proprietate pentru asfalt ............................................................................................18

II.4. Discuţii .................................................................................................................................................18 Capitolul III - Dezvoltarea unui instrument de evaluare a ciclului de viaţă pentru construcţia şi întreţinerea pavajelor de asfalt ............................................................................................................................................20

III.1. Introducere ..........................................................................................................................................20 III.2. Resursele evaluării ciclului de viaţă pentru industria de asfalt...........................................................20 III.3. Unitatea procesului de definire şi de dezvoltare al inventarului.........................................................22 III.4. Descrierea modelului de evaluare a ciclului de viaţă .........................................................................24

III.4.1. Parametrii de proces ....................................................................................................................25 III.4.2. Parametrii de pavaj ......................................................................................................................26 III.4.3. Unitatea de inventar .....................................................................................................................26 III.4.4. Proiectul de inventar ....................................................................................................................27 III.4.5. Caracterizarea rezultatelor ...........................................................................................................27

III.5. Studiu de caz: Pavajul de asfalt la Londra Heathrow Terminal – 5 ...................................................29 III.5.1. Proiectul de fond, scopul şi definirea domeniului de aplicare.....................................................29 III.5.2. Analize inventariate .....................................................................................................................31 III.5.3. Interpretare...................................................................................................................................32

Capitolul IV – Producţia asfaltului reciclat şi asfaltului de înaltă performanţă pentru pavajele rutiere..........34 IV.1. Introducere..........................................................................................................................................34 IV.2. Materia studiată şi planul experimental..............................................................................................34

IV.2.1. Rezultatele preliminare ale testărilor materialelor componente ..................................................36 IV.2.2. Definirea amestecurilor studiate..................................................................................................37

IV.3. Rezultatul testului şi discuţii ..............................................................................................................39 IV.3.1. Testul Cantabro ...........................................................................................................................39 IV.3.2. Testul Marshall şi discuţii ...........................................................................................................41 IV.3.3. Testul la tensiune indirectă şi rezultate .......................................................................................43 IV.3.4. Rezistenţa la rulare ......................................................................................................................45 IV.3.5. Testul coeficientului complex şi rezultate ...................................................................................46

Capitolul V – Concluzii ...................................................................................................................................48 Bibliografie ......................................................................................................................................................50