Projekti / Programi
Izboljševanje lastnosti in okolju prijazno proizvodnjo asfaltov z optimizacijo dodajanja sekundarnih surovin v asfaltne zmesi.
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.04.00 |
Naravoslovje |
Kemija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P003 |
Naravoslovno-matematične vede |
Kemija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.04 |
Naravoslovne vede |
Kemija |
asfaltna zmes, receptura, optimizacija, vgrajevanje odpadnega materiala, ekološka tehnologija, prihranek energije, reciklaža, trajnostni razvoj
Raziskovalci (12)
Organizacije (3)
Povzetek
Kompozitni prah PMMA/ATH nastaja kot odpadni produkt pri proizvodnji izdelkov iz PMMA/ATH kompozitnega materiala (Kerrock plošče). Osnovno izhodišče raziskave je uporaba tega prahu kot materiala pri izdelavi asfaltnih mešanic.
Cilj raziskave je vpeljati uporabo PMMA/ATH prahu kot dodatek k polnilu (kameni moki) v asfaltnih zmeseh. S predhodnimi preiskavami smo ugotovili, da dodatek tovrstnega prahu celo izboljša kakovost vgrajenih asfaltnih plasti. Nadaljnja raziskava bo obsegala optimizacijo proizvodnje asfaltov s PMMA/ATH prahom. Določiti nameravamo optimalno razmerje med osnovnim polnilom in PMMA/ATH prahom, tako da bodo dosežene dobre mehanske lastnosti asfaltnih plasti, ki ne bodo zahtevale večjih dodatnih vlaganj v fazi industrijske proizvodnje tovrstnih asfaltnih zmesi. Obenem bo v okviru projekta izvedena ocena tveganja za kemikalije, ki se pri tem sproščajo.
Laboratorijsko bomo pripravili najmanj 20 različnih asfaltnih zmesi, ki bodo vsebovale PMMA/ATH prah. Za analizo asfaltne zmesi bomo uporabili različne standardne metode (EN 12697-1, 2, 24, 26, 30, 34, 41, 43, 46). Za zmanjšanje uporabe topil bomo za določitev vsebnosti bitumna vpeljali metodo sežiga SIST EN 12697-39.
Za vsaj 4 različne tovrstne asfaltne zmesi bomo izvedli industrijsko proizvodnjo, kar pomeni, da bomo proizvedli približno 240 ton asfaltnih zmesi ter jih vgradili v testna polja (del normalnega cestišča). Obnašanje testnega polja pri različnih vremenskih okoliščinah kot so nizka temperatura in padavine bomo opazovali daljše obdobje, do 10 let.
V drugi fazi bomo PMMA/ATH prah dodajali direktno v bitumen in poskušali ugotoviti, če ima s PMMA/ATH prahom modificirani bitumen podobne lastnosti, kot jih dosežemo z drugimi dodatki za modifikacijo bitumna. Glede na ugotovitve predhodnih preiskav o dobri kompatibilnosti bitumna in PMMA/ATH prahu sklepamo, da bi bila tudi takšna modifikacija tržno uspešna. Laboratorijsko bomo analizirali PMMA/ATH prah ter mešanice bitumna in prahu. Za preveritev vpliva PMMA/ATH prahu na bitumen bomo opravili analizo mešanic z različnimi deleži PMMA/ATH prahu v bitumnu (npr., 5, 10, 15, 20, 25, 30%) in določili lastnosti teh mešanic z naslednjimi preiskavami: (i) Zmehčišče po metodi prstan kroglica, (ii) Penetracija z iglo po metodi SIST EN 1426, (iii) Pretrgališče po Fraasu po metodi SIST EN 12593, (iv) Ugotavljanje nateznih lastnosti modificiranih bitumnov z metodo določanja sile pri merjenju duktilnosti v skladu s standardi SIST EN 13589 pri 10oC in 25oC, (v) Določanje reoloških lastnosti z DSR reometrom in (vi) Pregled vmešljivost PMMA/ATH prahu v bitumen s fluorescentnim mikroskopom.
Zaradi zdravstvene varnosti bomo ocenili tveganje zaradi hlapnih snovi. V fazi proizvodnje in vgradnje novih asfaltnih zmesi bomo merili sestavo in vsebnost emitiranih hlapov in par. Določili bomo količino in sestavo hlapnih snovi, ki se izločijo pri segrevanju asfalta do 150oC. Iz ustreznih podatkovnih baz (IUCLID, EPA, itd.) bomo poiskali ustrezne fizikalne, kemijske, eko-toksikološke in toksikološke podatke in ocenili tveganje.
Predlog projekta je v skladu s smernicami trajnostnega razvoja in varovanja okolja zaradi učinkovite in koristne porabe odpadnih snovi. Odpadni materijal, PMMA/ATH kompozitni prah, bomo vgradili v asfaltne mešanice, ki predstavljajo nov izdelek. Nekatere preliminarne raziskave nakazujejo, da utegne dodatek PMMA/ATH kompozitnega prahu celo izboljšati mehanske in fizikalno-kemijske lastnosti asfaltnih plasti. Ker predstavlja sedanje skladiščenje odpadnega PMMA/ATH kompozitnega prahu na deponijah okoljski problem (velik volumen in nerazgradljivost), z vgradnjo prahu v nov izdelek prispevamo k trajnostnemu razvoju in varstvu okolja.
Pomen za razvoj znanosti
V okviru projekta smo najprej laboratorijsko vpeljali uporabo PMMA/ATH prahu kot dodatek k polnilu (kameni moki) v asfaltnih zmeseh, nato pa tudi kot dodatek v bitumen. Opravljeno je bilo veliko standardiziranih in nestandardiziranih preiskav. Na s PMMA/ATH prahom modificiranih bitumnih so bili opravljeni reološki test t.i. parametra tvorbe kolesnic G*/sin(?) (Pa). Odpornost na tvorbo kolesnic pri visokih temperaturah smo analizirali še s ponavljajočimi meritevami lezenja in povratka. Pri tem so bile ovrednotene tudi nestandardizirane tehnike preiskave staranja bitumnov. Ugotovljeno je bilo, da je bitumen, ki vsebuje PMMA/ATH, manj občutljiv na toploto in oksidacijo, zato imajo vzorci modificiranega bitumen boljše viskoelastične in fizikalne lastnosti v primerjavi z nemodificiranim bitumnom pri povišanih temperaturah v proizvodnji in pri vgrajevanju asfalta, kot tudi pri temperaturah uporabe na cestišču. S fluorescentnim mikroskopom smo preverili vmešljivost PMMA/ATH prahu v bitumen. Delo je pripeljalo tudi do dodatnih preiskav zgostljivosti asfaltnih zmesi po evropskem standardu EN 12697-10. Ugotovljeno je bilo, da standardiziran model ne opisujejo ustrezno postopka zgoščanja. Našli smo tri ustreznejše matematične modele. Tretji model, ki je sestavljen iz dveh delov, kot tudi proces zgoščanja, se je izkazal za najustreznejšega. Nadaljnje delo bo predvidoma pripeljalo do spremembe evropskega standarda EN 12697-10. Na podlagi rezultatov preiskav v projektu smo napisali 8 člankov v znanstvenih revija z IF ter pridobili dva slovenska patenta ter prijavili mednarodni PCT patent. Na znanstvenih konferencah smo objavili 8 prispevkov na to temo. Na s PMMA/ATH prahom modificiranih bitumnih je bil opravljeno tudi doktorsko delo Eme Šušteršič.
Pomen za razvoj Slovenije
V letu 2012 je bilo proizvedenega in vgrajenega več kot 1000 ton asfalta, ki je vseboval PMMA/ATH kompozitni prah kot dodatek k polnilu. Po težavah z lepljenjem prahu v fazi proizvodnje smo vpeljali PMMA/ATH kompozitni prah kot modifikator bitumna. V letu 2013 je bilo proizvedenega in vgrajenega več kot 500 ton asfalta, ki je vseboval PMMA/ATH kompozitni prah kot modifikator bitumna. Z dodatkom PMMA/ATH se je vgrajenim asfaltnim plastem izboljšala trajnost in odpornost na tvorbo kolesnic. Za promocijo uporabe PMMA/ATH v asfaltih smo napisali 6 člankov v slovenskih strokovnih revijah ter 3 poljudne članke. Tudi na slovenskih znanstvenih in strokovnih konferencah smo predavali in objavili 6 prispevkov na to temo. Kolpa d.d. je v sodelovanju s Kemijskim inštitutom pričela tržiti proizvod z imenom Kerovit@, kar je v bistvu v vreče pakirani PMMA/ATH kompozitni prah. Kolpa d.d. je podpisala licenčno pogodbo s Kemijskim inštitutom o uporabi patentov za pripravo asfalta s Kerovit@-om. V letu 2014 je bila na Kemijskem inštitutu pripravljena potrebna dokumentacija za dodajanje Kerovita (PMMA/ATH prah) v bitumen in v polnilo. Pripravljeni so bili tehnični list, brošura in varnostni list. Nov produkt, ki je bil prej odpadek, sedaj na trgu Kolpa d.d. ponuja kot dodatek za izboljšanje asfalta.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
