Intensywny rozwój infrastruktury drogowej, który obserwujemy od 2002 roku w Polsce jest związany z rosnącym zapotrzebowaniem sektora drogowego na materiały naturalne, zwłaszcza kruszywa. Zwiększony popyt na ten surowiec powoduje negatywne skutki dla środowiska. W roku 2022 wydobyto blisko 80 mln ton kruszyw (źródło: Państwowy Instytut Geologiczny, Państwowy Instytut Badawczy).
Świadomość, że zasoby naturalne Ziemi są ograniczone, podczas gdy ich wydobycie i konsumpcja rosną, powoduje niepewność co do ich dostępności w niedalekiej przyszłości.
Jednym ze sposobów mitygacji ryzyka związanego z brakiem dostępności kruszyw naturalnych jest zastosowanie w infrastrukturze drogowej materiałów pochodzących z recyklingu. Takie działanie wpisuje się w gospodarkę cyrkularną Unii Europejskiej (Agenda 2030).
Dążąc do zrównoważonego rozwoju firma Budimex stawia na model gospodarki cyrkularnej, ograniczając tym samym wydobycie surowców oraz obniżając ilość wytwarzanych przez spółkę odpadów.
Wychodząc naprzeciw tym wyzwaniom, Budimex wykonał odcinek testowy nawierzchni drogi ekspresowej, w konstrukcji której zastosowano materiały pochodzące z rozbiórki istniejącego korpusu drogowego i obiektów inżynierskich. Materiał, przed jego zastosowaniem w nowej konstrukcji drogowej został poddany selektywnej rozbiórce i przetworzeniu do ponownego zastosowania – do górnej warstwy nasypu (GWN). Możliwość zastosowania między innymi przekruszu betonowego była przedmiotem analiz prowadzonych w ramach pracy badawczej RID I/6 „Wykorzystanie materiałów pochodzących z recyklingu” [1].
Autorzy [1] przeprowadzili studia i badania nad zastosowaniem materiałów (kruszyw) pochodzących z recyklingu nawierzchni betonowych między innymi w warstwach podłoża ulepszonego, warstwach mrozoochronnych, filtracyjnych oraz górnych warstwach nasypów.
Podstawowym celem niniejszego artykułu jest upowszechnienie stosowania w drogownictwie materiałów pochodzących z rozbiórki istniejących nawierzchni drogowych.
W artykule przedstawiono badania potwierdzające przydatność przekruszu i frezu betonowego do zastosowania w mieszance przeznaczonej do wbudowania w GWN.
Zakres badań materiałów z recyklingu
Przedmiotem oceny laboratoryjnej był:
1. frez betonowy pozyskany z podbudowy pomocniczej z mieszanki związanej (rys. 1),
2. przekrusz betonowy pozyskany z wyburzonych obiektów mostowych oraz betonowej warstwy konstrukcyjnej (rys. 2).
W tabeli nr 1 przedstawiono parametry fizyko-mechaniczne frezu betonowego. Rys. 3 przedstawia przebieg krzywej uziarnienia przekruszonego frezu. Parametry fizyko-mechaniczne przekruszu betonowego zamieszczono w tabeli nr 2, krzywą uziarnienia przekruszu przedstawia rys. 4.
Rys. 1 Próbka frezu betonowego. Rys. 2 Próbka przekruszu betonowego
Rys. 3. Krzywa uziarnienia frezu betonowego
Rys. 4. Krzywa uziarnienia przekruszu betonowego
Tabela 1. Parametry fizyczno-mechaniczne frezu betonowego
Tabela 2. Parametry fizyczno-mechaniczne przekruszu betonowego
Na podstawie analizy krzywych uziarnienia stwierdzono wysoką różnoziarnistość badanych materiałów, która wpływa na poprawę efektywności procesu zagęszczania warstwy.
Analiza parametrów zestawionych w tabeli 1 i 2, zwłaszcza wskaźnika nośności określonego wg PN-EN 13286-47, pozwala wnioskować, iż warstwa wykonana z zastosowaniem materiałów wtórnych będzie charakteryzować się wymaganą nośnością. Wysoki wskaźnik piaskowy gwarantuje zachowanie wysokiej wodoprzepuszczalności oraz odporności na oddziaływanie mrozu.
Wymagania WWiORB
Materiał z przeznaczeniem do górnej warstwy nasypu (GWN) powinien charakteryzować się parametrami wymienionymi w WWiORB D-02.03.01 v03 [2] oraz D-02.00.01 v04 [3]. Główne parametry zestawiono w tabeli nr 3.
Tabela 3. Główne wymagania WWiORB dla GWN
Mieszanka z wykorzystaniem materiałów z recyklingu
W celu przygotowania optymalnej mieszanki piasku i przekruszu betonowego do zastosowania w GWN, wykonano kilka prób laboratoryjnych. Jako optymalną zaproponowano mieszaninę w proporcjach 70% przekruszu betonowego oraz 30% piasku. Uzyskane parametry wytworzonej w laboratorium mieszanki przedstawiono w tabeli nr 4.
Tabela 4. Wyniki badań mieszanki laboratoryjnej 70/30
Na podstawie otrzymanych wyników badań laboratoryjnych (tab. 4) można stwierdzić, iż kruszywa z recyklingu w postaci przekruszu i frezu betonowego mogą być ponownie wykorzystane w procesie inwestycyjnym np. do downcyclingu. Analizując otrzymane wyniki, zamiennik kruszywa naturalnego – przekrusz, w połączeniu z piaskiem pozwala na wytworzenie pełnowartościowej mieszanki, czyli zgodnej z wymaganiami WWiORB.
W celu potwierdzenia skuteczności przygotowania mieszanki materiałów z recyklingu i piasku, w proporcjach 70/30 [%], przeprowadzono testy produkcyjne z wykorzystaniem mieszalnika mobilnego. Wyniki badań zestawiono w tabeli nr 5.
Tabela 5. Wyniki badań mieszanki 70/30, wytworzonej produkcyjnie
Wyniki badań z procesu produkcyjnego również spełniają wymagania [2], [3].
Odcinek testowy
Konstrukcja nawierzchni, dla której wykonano warstwę GWN z zastosowaniem mieszanek z materiałem z recyklingu jest typową konstrukcją katalogową nawierzchni podatnej o ruchu KR7. Mieszanka w trakcie wbudowania charakteryzowała się dobrą zagęszczalnością. Na wykonanej warstwie osiągnięto założone parametry nośności i zagęszczenia.
Rys. 5. Odcinek testowy, źródło Budimex S.A.
Rys. 6. Odcinek testowy, źródło Budimex S.A.
Podsumowanie
Na podstawie przeprowadzonych testów laboratoryjnych i produkcyjnych stwierdzono, iż odpowiednie przygotowanie do ponownego zastosowania materiałów z recyklingu z powodzeniem może znaleźć zastosowanie w budowlach ziemnych, w tym w nasypach. Materiały z recyklingu stanowią alternatywę dla kruszyw naturalnych i powinny być powszechnie stosowane z zachowaniem wymaganej jakości budowli.
Transformacja gospodarki do obiegu zamkniętego jest jednym z głównych aspektów zrównoważonego rozwoju. Aby ten cel osiągnąć, konieczne jest postrzeganie odpadów budowlanych jako źródło cennego surowca.
1. Projekt RID I/6 Wykorzystanie materiałów pochodzących z recyklingu.
2. Warunki Wykonania i Odbioru Robót Budowlanych D-02.03.01 v03, Roboty ziemne. Wykonanie nasypów, GDDKiA.
3. Warunki Wykonania i Odbioru Robót Budowlanych D-02.00.01 v04, Roboty ziemne. Wymagania ogólne, GDDKiA.
Ewelina Karp-Kręglicka
Łukasz Bargenda
