Schweiziska förare sliter ut oräkneliga däck. Istället för att förbränna dem, de skulle kunna återanvändas lokalt:Asfalten i olika länder har länge innehållit gummi från använda däck. Empa och dess partners från industrin använder denna idé för potentiella tillämpningar i Schweiz.

Pendlare som tjatar om trafikstress bör titta i marken då och då. Och trösta dig med att inse att det kan vara värre, mycket värre:Asfalt tål blåsande värme, kylstress och mycket tryck uppifrån. Det ska också vara så tyst som möjligt – och i framtiden, självklart, mer miljövänligt.

Sammansatt av en het bergblandning och bindemedlet bitumen vid cirka 160 grader, asfalt orsakar mycket koldioxid ₂ utsläpp – genom produktion, långa transportvägar och asfaltering. För att förbättra sitt miljöavtryck, gammal asfalt, som redan kan återvinnas, kommer att användas i stor skala i nya trottoarer i framtiden. Dessutom, återvunnen betong eller andra restmaterial – som begagnade bildäck, som det finns gott om i Schweiz — kan "kasseras" i det.

Ett Innosuisse-projekt som leds av Empas betong- och asfaltlabb har utforskat vilka fördelar denna idé kan ha i Schweiz. Specifikt, kan gummipartiklar ersätta polymererna i polymermodifierad bitumen för tung asfalt? Trots allt, föreningar som den allmänt använda styren-butadien-styrenen ger beläggningen mer plasticitet, bättre återhämtning och längre liv.

Projektets fokus låg på den praktiska implementeringen av tekniken:Efter några preliminära tester, asfaltblandningarna för experimenten tillverkades av tillverkarna FBB och Weibel AG. Mixdesignen baserades på standard semi sense-asfalt SDA 4-12, en låg ljudnivå på grund av dess höga hålrumsinnehåll. AC B 22 H är en så kallad bindebana som placeras under ytbanan – i detta fall för närvarande med 30 procent återvunnen asfalt. De utvalda gummigranulerna kom också från Schweiz, från tillverkaren Tyre Recycling Solutions (TRS) i Préverenges i kantonen Vaud.

Blöt eller torrt?

Gummiasfalt kan tillverkas med två olika metoder. I den "våta" metoden, gummigranulerna tillsätts till den varma bitumenen; sedan blandas blandningen med den definierade ballasten - sand och grus av olika storlekar, beroende på trottoaren. Haken är att bitumen-gummiblandningen blir mindre trögflytande med tiden och gummit börjar brytas ned; det kan bara bearbetas i cirka 48 timmar. I den "torra" processen, å andra sidan, gummipartiklarna sipprar först in i den uppvärmda ballastblandningen. Bitumenet tillsätts senare. Eftersom de schweiziska tillverkarna är förberedda på detta, denna väg valdes.

Erfarenheterna hos byggmaterialtillverkaren FBB i Bauma har hittills varit positiva. "Inga problem, säger Christian Gubler, ordförande i styrelsen, "det var enkelt." Partiklarna kastades genom en flik in i ballastblandningen - i påsar som löses upp vid höga temperaturer. "Precis som vi gör när vi lägger till färgämnen, till exempel, för röd asfalt, Gubler förklarar. Det var inga svårigheter hos Bern-baserade Weibel AG heller. "Hanteringen var problemfri, säger Samuel Probst, chef för bituminösa byggmaterial och trottoaranläggningar.

Stresstester under vatten, kyla och tryck

Ett Empa-team ledd av asfaltspecialisten Lily Poulikakos undersökte slutprodukterna från mikro till storskalighet. Förutom standardtester för bitumenhalt och lufthåligheter, Elektronmikroskopbilder visade om och hur gummipartiklarna löses upp och fördelar sig i asfaltmatrisen.

I klyvningsdragprovet, Testexemplar sprängdes under tryck från ovan – ett vått och ett torrt – för att avgöra hur känsliga de är för vatten. Rivtester vid minus 12 grader visade hur materialet beter sig under kalla vinterförhållanden. Till sist, trafikfaktorn:I testet "Hamburg Wheel Tracking" prover i 50 grader varmt vatten tålde 10, 000 passeringar av ett stålhjul som väger drygt 70 kilo – ett tufft test för spårbildning. Empas egen simulator var riktad i samma riktning:Den utsatte 1,20 meter långa foder för 60, 000 långsamma däckkörningar med hög belastning under loppet av åtta timmar.

Analyserna visade att det är detaljer som spelar roll. Till exempel, den optimala tiden mellan blandning och installation på väg beror mycket på typen och mängden gummigranulat. I jämförelse med den välkända polymerbitumenasfalten, ytlagsasfalten med 0,7 eller 1 procent gummi uppfyllde kraven i de flesta fall. Beständigheten mot sprickbildning på grund av kyla var betydligt större med en procent gummi än med polymerbitumenasfalten. När det gäller vattenkänslighet, byggmaterialen uppfyllde de schweiziska kraven, med ett undantag. Och i Empas egen däcklastsimulator, små men djupare spår uppstod i gummiasfalten än i polymerbitumenbeläggningen.

Slutsatsen:Trots vissa nackdelar, gummiasfalten uppfyllde i slutändan kraven. "Den är definitivt lämplig för vidare undersökningar för användning i vägbyggen, " sammanfattar Empa-forskaren Poulikakos. Tillverkaren TRS är också nöjd med resultatet:"Vi har nu en professionell bekräftelse, säger Sonia Megert, Chief Operating Officer. "Det var ett mycket bra samarbete. Empa hittade snabbt en lösning när problem uppstod."

Självklart, alla partners är medvetna om att detta bara är det första steget. Trots alla ansträngningar, laboratoriet motsvarar inte verkliga förhållanden, förklarar Poulikakos. Experimenten ger ett detaljerat intryck, men hur år av exponering kommer att utspela sig i verkligheten "är en annan sak, " säger specialisten. "Sanningen ligger i slutändan på vägen."

Tre testvägar

Ytterligare steg har redan tagits. I kantonerna Jura och Vaud, Weibel AG byggde två teststräckor på kantonala vägar med gummigranulatasfalt. "En grov asfalt på en väg med medelstor belastning, " förklarar Samuel Probst, "och en ytasfalt på en väg med relativt hög belastning. de skulle vara riktiga uthållighetstester."

Till skillnad från tidigare erfarenheter av den "våta" produktionsprocessen, stenläggningen gick "absolut smidigt, " enligt ansvarig chef. På plats, arbetarna behövde inte utstå några lukter från uppvärmt gummi, och konsistensen och bearbetbarheten hos asfalten var jämförbar med en polymermodifierad asfalt. Visserligen, den kommer att visa sin sanna karaktär först efter år. Stenläggning skedde förra sommaren; trottoaren är alltså ännu i sin linda.

Precis som en annan testasfalt, som lades som toppskikt vid en hårt använd korsning i Zürich. Dess laboratorievärden var inte utom tvivel:När bitumenet hårdhetstestades med en penetrerande nål, resultaten fluktuerade vilt och låg ibland långt över målvärdena. "Det tyder på att den kan vara för mjuk, " säger trottoarspecialist Martin Horat från civilingenjörskontoret i staden Zürich. "Låt oss se om det blir deformationer när det blir varmt på sommaren."

Hans-Peter Beyeler, direktör för föreningen "Eurobitume" i Schweiz, är inte särskilt orolig, fastän. "Jag har redan hört talas om det. Jag skulle inte oroa mig för det för tillfället, säger experten, som tidigare arbetat i nästan 13 år som trottoarspecialist på Federal Roads Office (Astra). När gummi och bitumen blandas, ett nytt material skapas; dess beteende motsvarar inte längre de ursprungliga ingredienserna. Hans bedömning:"Nåltestet kanske helt enkelt inte ger användbar information."

Av egen erfarenhet, Beyeler förstår att det även finns motstånd i branschen mot asfalt som "sopnedkast" för återvunnet material och skepsis mot gummi i vägen. För cirka 15 år sedan, han bevittnade hur ett test på A1 i kantonen Aargau med gummimodifierad bitumen, tillsatt som granulat, gick helt fel:Materialet var otillräckligt upplöst i blandningen; klumpar som bildas i asfalten. I trottoaren, de sprider sig på ytan; de fick borras ur och fyllas med gjutasfalt.

Sanningen finns på gatan

Mycket har hänt sedan dess, dock, så varför inte försöka igen, Beyeler tänker. Trots allt, det finns goda erfarenheter – inte bara i USA, där tekniken har funnits i praktiken under lång tid, men även i Bayern. Där, gummimodifierad asfalt är redan en del av byggreglerna – med andra ord, toppmodern. Fördelarna, speciellt för porösa ytskikt:högre nötningsbeständighet, långsammare oxidation av bitumenet i de många lufthålen och därmed fördröjd försprödning. Kort sagt:en längre livslängd.

Hur som helst, det skulle finnas tillräckligt med råmaterial. Runt 70, 000 ton skrotdäck produceras i Schweiz varje år. En liten del av detta återvinns, men majoriteten används termiskt – i avfallsförbränningsanläggningar och, till stor del, i cementfabriker, där däcken ersätter kol som bränsle och därmed förbättrar CO ₂ balans.

En fördel för klimatet?

Empa-forskaren Zhengyin Piao undersöker miljöpåverkan av att använda gamla däck på vägbeläggningar som en del av sin doktorsexamen. avhandling i samarbete med Institutet för miljöteknik vid ETH Zürich. Piao analyserade hela livscykeln för två viskande trottoarer med gummiasfalt. Hans beräkningar baserade på en modell av en en kilometer lång vägsträcka visar att dessa trottoarer presterar på samma sätt som polymerbitumenasfalt när det gäller energiförbrukning. Men de producerar betydligt lägre CO ₂ utsläpp – främst på grund av polymererna i den konventionella produkten.

Så skulle gummigranulat på vägar bidra till klimatskyddet? Piaos svar:Det beror på. I Schweiz, cementfabriker sparar så mycket CO ₂ utsläpp genom att bränna gamla däck som, övergripande, asfalt med gummi presterar lite svagare än med polymerer. Men om cementfabrikerna lyckas, som planerat, för att minska deras CO ₂ utsläpp ytterligare under de kommande åren eller till och med delvis neutralisera dem med koldioxidavskiljningsteknik, inklusive underjordiskt lager, korten skulle blandas om - möjligen till förmån för gummiasfalt ...

Huruvida idén kommer att slå fast i Schweiz beror på, självklart, på marknaden. De har en fördel, säger experten Samuel Probst från tillverkaren Weibel AG:Åtminstone för tillfället, de är billigare än polymerbitumenasfalt. Ändå, han förblir försiktig:"Om testsektionerna utvecklas positivt på lång sikt, " han säger, "Jag skulle kunna tänka mig att en marknad kommer att utvecklas för det en dag."

Fokus på föroreningar

För att bedöma hälsorisker från gummitillsatser i vägasfalt, kemister från Empas Advanced Analytical Technologies-labb tog en närmare titt på komponenter med riskpotential. Resultaten av lakningstester som simulerade effekterna av en regnstorm visade att nivåerna av polycykliska aromatiska kolväten (PAH), som kan orsaka cancer, är lägre i gummi än i asfalt. För tungmetaller, zink tjänade som blyelementet; mycket lite av det tvättades ut. Bly och andra skadliga tungmetaller fanns endast i ofarliga spår.

Empa-teamet fann också att skadliga bensotiazoler, som påskyndar vulkanisering i däckproduktion, släpptes ut i miljön snabbt och i relativt höga doser. Experternas råd:ta bort dessa föreningar innan du installerar gummipartiklarna, till exempel genom att tvätta ur dem med vatten, som sedan kan kasseras på rätt sätt.