
W artykule omówiono niektóre perspektywy rozwoju kierunku wykorzystania wysokowytrzymałych kordów tekstylnych stosowanych w produkcji współczesnych opon, które masowo odzyskuje się w procesie recyklingu mechanicznego opon wycofanych z eksploatacji w celu zwiększenia niezawodności i trwałości mieszanek asfaltowych do budowy nawierzchni nowoczesnych dróg. Jako przykład podano niektóre wskaźniki skuteczności stosowania stabilizującego i wzmacniającego dodatku SMAPOL® do mieszanek mineralno-asfaltowych, seryjnie produkowanego przez firmę RECYKL O.O. S.A. zgodnie z wymaganiami SYSTEMU 2+ oceny i weryfikacji stałości właściwości użytkowych wyrobów budowlanych, który znajduje coraz szersze zastosowanie zarówno w Polsce jak i za granicą. W procesie produkcji SMAPOL® mieszanka wielowłóknowa, składająca się z włókien poliestrowych, poliamidowych, aramidowych i wiskozowych, jest optymalizowana pod względem zawartości każdego rodzaju włókien, aktywowana i modyfikowana. Dzięki temu uzyskuje się produkt o wyjątkowej funkcjonalności i efektywności.
Struktura mieszanek mineralno-asfaltowych (MMA) jest w niektórych przypadkach uważana za trójskładnikowy system składający się z połączonych ze sobą mikro -, mezo – i makrostruktur. Mikrostruktura to struktura lepiszcza asfaltowego (wypełniacz + asfalt), mezostruktura to struktura roztworu asfaltowego (drobne kruszywo + lepiszcze asfaltowe), makrostruktura to struktura mieszanki mineralno-asfaltowej (grube kruszywo + roztwór asfaltowy).
SMAPOL® jest idealnym wyborem
Rozwój uszkodzeń w warstwach asfaltowych nawierzchni drogowych przebiega w trzech, poniżej opisanych etapach i prowadzi do pogorszenia ich właściwości wytrzymałościowych i odkształcających:
Rozwazamy kolejne linie do produkcji Smapolu w pozostatych naszych zaktadach. Pierwsza moglaby powstac w 2025 roku, a kolejna w 2026, o porównywalnych mocach wytworczych.
Maciej Jasiewicz, Prezes Zarzadu Grupy Recykl S.A.
Jednocześnie, im wyższy jest poziom akumulacji mikrodefektów, tym większe jest prawdopodobieństwo wystąpienia makrodefektów w strukturze nawierzchni asfaltowej w wyniku działania obciążeń transportowych i czynników klimatycznych.
W związku z tym, poprawa właściwości lepiszcza i roztworu asfaltowego, wraz ze wzmocnieniem interakcji międzyfazowych na granicy między cząstkami mineralnymi a asfaltem, prowadzi do poprawienia właściwości fizyko-mechanicznych mieszanek asfaltowych, a tym samym i trwałości nawierzchni drogowych.


W związku z tym, poprawa właściwości lepiszcza i roztworu asfaltowego, wraz ze wzmocnieniem interakcji międzyfazowych na granicy między cząstkami mineralnymi a asfaltem, prowadzi do poprawienia właściwości fizyko-mechanicznych mieszanek asfaltowych, a tym samym i trwałości nawierzchni drogowych.
Sposoby na poprawienie wytrzymałości
Głównym sposobem na poprawienie wytrzymałości i trwałości MMA jest modyfikacja asfaltu za pomocą składników polimerowych. Wszystkie zmodyfikowane w ten sposób asfalty można podzielić na 2 duże grupy w zależności od metody modyfikacji:
- Asfalty modyfikowane;
- Asfalty wysokomodyfikowane
Wieloletnia praktyka stosowania zmodyfikowanych asfaltów świadczy o ich skuteczności w zwiększaniu trwałości nawierzchni drogowych, jednak ze względu na stały wzrost obciążenia nowoczesnych dróg wymagany jest coraz wyższy stopień modyfikacji asfaltów, wzrasta zużycie polimerów (na przykład w przypadku wysokomodyfikowanych asfaltów zawartość polimeru typu SBS wynosi ponad 7 %), co znacznie zwiększa koszty budowy dróg. Na przykład koszt asfaltu modyfikowanego jest wyższy o 25-30 % od kosztu zwykłego asfaltu drogowego, a koszt asfaltu wysokomodyfikowanego – już o 40-50 %. Biorąc pod uwagę fakt, że koszt asfaltu jest głównym składnikiem kosztu mieszanek asfaltowych, sytuacja ta czasami negatywnie wpływa na efektywność techniczno-ekonomiczną całego projektu budowy drogi (pogorszenie parametru „koszt budowy nawierzchni vs trwałość nawierzchni”) i hamuje powszechne stosowanie, na przykład, wysokomodyfikowanych asfaltów.
Dodatkowo należy zauważyć, że przy zawartości termoelastoplastycznego polimeru w asfalcie ponad 6,5-7 % następuje inwersja faz w mieszance polimerowo-asfaltowej, co negatywnie wpływa na urabialność modyfikowanych MMA, wymaga wzrostu temperatury ich produkcji, układania i zagęszczania, co zmniejsza efektywność ekologiczną i kosztową tego procesu. Można powiedzieć, że skuteczność asfaltów modyfikowanych została wyczerpana pod względem zwiększania stopnia modyfikacji, a dalsza poprawa trwałości nawierzchni drogowych wymaga innowacyjnych rozwiązań pod względem rozwoju metod modyfikacji lepiszcza w MMA oraz poprawy ich właściwości strukturalnych.
Metody modyfikacji
Jedną z takich metod jest technologia modyfikacji MMA i asfaltów gumą z przerobu opon wycofanych z eksploatacji, na przykład:
Jednak każda z metod tego rodzaju modyfikacji ma swoje zalety i wady. Na przykład przy suchej metodzie modyfikacji gumą optymalna zawartość asfaltu wzrasta, a ze względu na pogorszenie interakcji międzyfazowej między gumą a asfaltem, wskaźniki poprawy właściwości są niewielkie, a czasami wręcz odwrotnie, pogarszają się, co ogranicza stosowanie tej metody modyfikacji do ściśle określonych warunków klimatycznych nawierzchni drogowych. Metodę można skuteczniej zastosować, na przykład, w gorącym, suchym klimacie.
Powszechne stosowanie mokrej metody terminalowej modyfikacji asfaltu za pomocą gumy ograniczane jest przez słabe zdolności asfaltu modyfikowanego w ten sposób do długotrwałego przechowywania bez rozwarstwienia. Jednocześnie, ze względu na niską zawartość gumy, która wynika z cech technologicznych procesu produkcji modyfikowanego asfaltu, jakość i właściwości gumy powinny być stałe i wysokie, co stawia pod znakiem zapytania opłacalność tej metody modyfikacji oraz dostępność surowca w postaci wyselekcjonowanej grupy opon.
Mokra metoda polowa rozwiązuje powyższe problemy modyfikacji MMA gumą z przetwarzania opon wycofanych z eksploatacji, ponieważ wiąże się z użyciem mieszanki asfaltowo-gumowej bezpośrednio po jej przygotowaniu, a ze względu na możliwość użycia większej ilości gumy problemy z jej jakością i właściwościami nie są tak zauważalne. Jednocześnie, biorąc pod uwagę fakt, że guma nie rozpuszcza się całkowicie, uzyskane w ten sposób lepiszcze asfaltowo-gumowe nie jest jednorodne, lecz składa się z oddzielnych cząstek gumy nabrzmiałych we frakcjach olejowych, które oddziałują ze sobą i cząstkami mineralnymi lepiszcza poprzez częściowo zmodyfikowane błonie asfaltowe.
Zatem perspektywy dalszej poprawy właściwości wytrzymałościowych i odkształcających MMA, a także wskaźników ich efektywności techniczno-ekonomicznej i środowiskowej, mogą być związane z rozwojem kierunku optymalizacji wskaźników tworzenia struktury roztworu asfaltowego na mikro- i mezopoziomie.

Kolejnym sposobem zwiększania wytrzymałości strukturalnej MMA jest ich wzmacnianie, na przykład, za pomocą różnego rodzaju włókien, zarówno na poziomie mikro-, jak i makro-.
W praktyce światowej najczęściej stosowane są następujące włókna wzmacniające dla MMA: mineralne, np. bazaltowe; syntetyczne, m.in. aramidowe, poliestrowe, poliamidowe, poliakrylonitrylowe, nylonowe itp.; poliolefinowe, w tym polipropylenowe; szklane; węglowe.
Przeprowadzono również szereg badań nad wpływem mieszaniny włókien (np. szklanych i polimerowych, mineralnych i syntetycznych, aramidowych i polimerowych/syntetycznych, np. dodatek Forta-FI®, węglowych i polimerowych itp.) na właściwości wytrzymałościowe MMA.
W praktyce światowej szeroko stosowane są również naturalne włókna roślinne (głównie celulozowe) w celu zapewnienia stabilności lepiszcza asfaltowego (zapobiegania jego spływności z cząstek mineralnych) w mieszankach mineralno-asfaltowych o nieciągłym uziarnieniu podczas ich transportu, układaniu i zagęszczaniu. Jednak ze względu na wysoką zdolność absorpcji asfaltu przez włókna celulozowe nie mogą znacząco wpływać na właściwości wytrzymałościowe i odkształcalność MMA przy optymalnej zawartości asfaltu [1, 2].
W ostatnich latach coraz szerzej prowadzone są badania skuteczności stosowania dla celów wzmocnienia mikrostrukturalnego na poziomie mikro- i mezostruktury MMA włókien syntetycznych uzyskanych w wyniku recyklingu mechanicznego kordów tekstylnych z opon wycofanych z eksploatacji (poliestrowych, poliamidowych, aramidowych i wiskozowych) [3-6]. Odnotowuje się wysoką efektywność ekologiczną i ekonomiczną ich użytkowania [7, 8]. Jednak ten rodzaj włókna nie zyskał jeszcze szerokiego zastosowania przemysłowego jako dodatek do mieszanek mineralno-asfaltowych ze względu na złożoność procesu oczyszczania włókien, a także złożoność procesu uzyskiwania z nich dodatku w postaci nadającej się do skutecznego dozowania i homogenizacji przy produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych na wytwórniach mas bitumicznych.
Kwestia produkcji seryjnej wspomnianych dodatków została rozwiązana przez firmę RECYKL O.O. S.A., która z tego typu włókien syntetycznych wytwarza dodatek stabilizujący i wzmacniający SMAPOL®.

Ten rodzaj włókna syntetycznego ma optymalne właściwości absorpcyjne i niski stopień pęcznienia, co pozwala na stosowanie go w MMA o dowolnej strukturze i właściwościach, w tym do zbrojenia mikrostrukturalnego na poziomie ich mikro- i mezostruktury w celu zwiększenia wytrzymałości i odkształcalności. Przy czym, wspólne stosowanie SMAPOL® z modyfikowanymi (wysokomodyfikowanymi) asfaltami i asfaltami modyfikowanymi gumą w celu poprawy wytrzymałości długotrwałej MMA zapewnia znaczny efekt synergiczny.
GŁÓWNE ZALETY STOSOWANIA DODATKU SMAPOL®
- Optymalne właściwości technologiczne: Zapobiega spływności lepiszcza w mieszankach asfaltowych SMA i innych MMA o uziarnieniu nieciągłym.
- Zwiększona odporność strukturalna: Zwiększa odporność na koleinowanie, wodoodporność i mrozoodporność oraz ogranicza prawdopodobieństwo pęknięć niskotemperaturowych i zmęczeniowych MMA wszystkich rodzajów
- Łatwe dozowanie: Możliwość dozowania z wykorzystaniem aktualnego sprzętu dozującego dowolny stabilizator SMA
- Łatwe przechowywanie: Zwiększona hydrofobowość powierzchni granulek zapewnia zachowanie ich właściwości nawet po wniknięciu wilgoci do opakowania, co umożliwia przechowywanie bez zadaszania

W przeciwieństwie do dodatku na bazie włókna celulozowego, dodatek na bazie włókna syntetycznego SMAPOL®, przy zwiększeniu jego zawartości do 30 % w składzie mieszanki SMA w stosunku do poziomu zawartości dodatku celulozowego, zapewnia wzrost jej wytrzymałości strukturalnej (do 20-25 %) i odporności na koleinowanie (do 35-40 %) przy jednoczesnym wzroście (do 5 %) wskaźnika wodoodporności i odporności na pękanie termiczne (do 10 %). Wraz ze wzrostem zużycia włókien syntetycznych SMAPOL® w warunkach optymalnego poziomu nasycenia matrycy lepiszcza (na przykład dla mieszanek SMA – do 0,9-1,2%, dla mieszanek AC – do 0,2-0,5%), wskaźniki wytrzymałości i odkształcalności mieszanek asfaltowych również będą wzrastać.
Dzięki temu stosując SMAPOL® zamiast dodatków celulozowych możemy liczyć nie tylko na obniżenie kosztów bezpośrednich (koszt SMAPOL® na polskim rynku jest niższy od kosztu dodatków celulozowych o 1,6-1,75 razy), ale i na uzyskanie wymiernego rocznego efektu ekonomicznego poprzez przedłużenie trwałości nawierzchni drogowych o około 25-40 %.
Dlatego historia SMAPOL® dopiero się zaczyna!
Piśmiennictwo
- McDaniel R.S.: Fiber additives in asphalt mixtures. NCHRP Synthesis of Highway Practice. Transportation Research Board, 2015, №. Project 20-05 (Topic 45-15), №475, 67 p.
- Sybilski D., Horodecka R., Bańkowski W. i inne: Ocena skuteczności dodatku włókien do mieszanek mineralno-asfaltowych. Temat GDDKiA TN-251. IBDiM, Warszawa, 2010, 89 s.
- Putnam B.J., Amirkhanian S.N.: Utilisation of Waste Fibers in Stone Matrix Asphalt Mixtures. Resources, Conservation and Recycling, 2004, Vol. 42, 265–274.
- Sybilski D.: Zastosowanie odpadów gumowych w budownictwie drogowym. Przegląd budowlany, 2009, Vol. 80, 37-44.
- Jurczak R.: Nawierzchnia z dodatkiem gumy (i włókien) po 18 latach eksploatacji. Drogownictwo, 2022, №. 2-3, 35-39.
- Calabi-Floody A., Mignolet-Garrido C., Valdes-Vidal G.: Study of the effect of the use of asphalt binders modified with polymer fibres from end-of-life tyres (ELT) on the mechanical properties of hot mix asphalt at different operating temperatures. Materials, 2022, Vol. 15(21), 7578.
- Landi D., Marconi M., Bocci E., Germani M.: Comparative life cycle assessment of standard, cellulose-reinforced and end of life tires fiber-reinforced hot mix asphalt mixtures. Journal of Cleaner Production, 2020, Vol. 248, 119295.
- Landi D., Vitali S., Germani M.: Environmental analysis of different end of life scenarios of tires textile fibers. Procedia CIRP, 2016, Vol. 48, 508-513.