Przygotowanie do wdrożenia w przemysłowej produkcji ekologicznych mieszanek mineralno-asfaltowych w technologii asfaltu spienionego

Jak wyprodukować przyjazny dla środowiska asfalt?

To co potocznie nazywamy asfaltem, w rzeczywistości jest mieszanką mineralno-asfaltową używaną do budowy nawierzchni dróg. Asfalt jest natomiast lepiszczem wiążącym ziarna kruszywa, które stanowią nawet ponad 90% zawartości takiej mieszanki. Przy czym proces łączenia asfaltu z kruszywem wymaga podgrzania tych materiałów do dość wysokich temperatur, co jest jednym z głównych problemów związanych z produkcją mieszanek mineralno-asfaltowych. Po pierwsze proces ten generuje dużą emisję niebezpiecznych związków do atmosfery, a po drugie powoduje, że już podczas produkcji mieszanki asfalt zaczyna zmieniać swoje właściwości czyli ulega procesom starzenia. Innym problemem jest wyczerpywanie się naturalnych źródeł kruszyw, w związku z coraz intensywniej rozwijającym się budownictwem. Rozwiązań tych problemów poszukuje dr Agnieszka Woszuk z Politechniki Lubelskiej, która opracowuje nowy, ekologiczny sposób produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych. Badania są finansowane z programu Fundusze Europejskie dla Nowoczesnej Gospodarki (FENG) w ramach działania Proof of Concept realizowanego przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej.

Obserwowane zazwyczaj wiosną, pękanie i kruszenie się nawierzchni dróg to w dużej mierze efekt starzenia się asfaltu, który wraz z upływem czasu zmienia swoje właściwości, robiąc się coraz bardziej sztywny i twardy. Jednym z czynników sprzyjających starzeniu się asfaltu są zmiany temperatury, a zatem proces ten zaczyna się już w podczas produkcji mieszanki mineralno-asfaltowej. Im wyższa temperatura jest stosowana podczas produkcji, tym starzenie się asfaltu jest gwałtowniejsze. W wyniku tego procesu asfalt staje się bardziej kruszy, sztywny i bardziej podatny na spękania w niskich temperaturach. Dlatego dużą degradację nawierzchni obserwujemy w okresie wiosennym. Zniszczone nawierzchnie asfaltowe są frezowane, a następnie po odpowiedniej obróbce (np. kruszeniu), uzyskujemy tzw. granulat asfaltowy, który można dodać do nowej mieszanki, zastępując w pewnym procencie kruszywa. Ponieważ granulat zawiera także zestarzony, sztywny asfalt, to aby zachować dobrą jakość wytworzonej mieszanki, nie można dodać go zbyt dużo – zazwyczaj jest to ok 10%.

„Realizowany przeze mnie projekt dotyczy opracowania takiego sposobu produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych, który rozwiąże wszystkie powyższe problemy – pozwoli na zmniejszenie temperatury produkcji tych mieszanek oraz poprawi ich jakość i zwiększy trwałość. Dzięki temu, cykl życia nawierzchni będzie wydłużony, natomiast zdegradowaną nawierzchnię będzie można ponownie poddać recyklingowi w celu pozyskania granulatu asfaltowego, który ponownie zostanie wykorzystany do produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych. Poprzez zastosowanie odpowiednich składników zmiękczających zestarzony asfalt, przywrócone zostaną jego pierwotne właściwości, a to sprawi, że będzie można zwiększyć ilość granulatu w nowej mieszance. Ta nowa technologia jest z kilku względów bardziej przyjazna środowisku – ogranicza emisję zanieczyszczeń do atmosfery i zmniejsza zapotrzebowanie na nowe kruszywa, pozyskiwane ze źródeł kopalnych.” – mówi dr Agnieszka Woszuk.

Zaplanowany eksperyment badawczy obejmuje zarówno przeprowadzenie testów laboratoryjnych, jak i próby technologicznej w warunkach przemysłowych. W fazie testów laboratoryjnych, na podstawie wyników badań lepiszczy asfaltowych, zostaną zoptymalizowane warunki procesu połączenia asfaltu z inhibitorami procesu starzenia. Następnie ocenione zostaną parametry jakościowe produktu końcowego projektu, jakim jest mieszanka mineralno-asfaltowa z granulatem asfaltowym. Ostatnim etapem projektu będzie przetestowanie, we współpracy z partnerem branżowym, technologii produkcji ekologicznych mieszanek mineralno-asfaltowych w warunkach rzeczywistych, w skali przemysłowej. „To bardzo ważny etap, bo nie jest łatwo przenieść to, co robimy w skali mikro na skalę makro. W laboratorium wywarzamy kilka kilogramów takiej mieszanki w warunkach ściśle kontrolowanych, a podczas rzeczywistej produkcji wytwarzamy kilkadziesiąt ton na godzinę, więc mogą pojawić się różne nowe problemy. Ale jeśli się pojawią, będziemy je rozwiązywać” – kończy dr Agnieszka Woszuk.

Dr Agnieszka Woszuk jest absolwentką Wydziału Inżynierii Budowlanej i Sanitarnej Politechniki Lubelskiej oraz Wydziału Zarządzania i Podstaw Techniki tejże uczelni. Autorka i współautorka 21 publikacji z listy JCR. Uczestniczyła w 11 projektach badawczych, w tym w pięciu jako kierownik. Posiada duże doświadczenie w komercjalizacji i wdrożeniach opracowanych technologii. Jest twórczynią 25 patentów, 15 wdrożeń i 21 ekspertyz i opracowań dla przemysłu. Uczestniczyła w dwóch stażach badawczych w zagranicznych ośrodkach naukowych oraz w dwóch stażach przemysłowych w firmach z branży budownictwa drogowego. Za swoje wynalazki i wdrożenia otrzymała liczne nagrody m.in: złoty metal na Międzynarodowej Wystawie Wynalazków i Technologii INNO WINGS (2022), Platynową Nagrodą na XV Międzynarodowych Targach Wynalazków i Innowacji INTARG (2022), Nagrodę Ministra Edukacji i Nauki za działalność wdrożeniową (2022), nagrody przyznawane przez Forum Inteligentnego Rozwoju: „Zasłużony dla Inteligentnego Rozwoju” (2020) i „Młody innowacyjny Lider nauki” (2018), a także Honorową odznakę „Zasłużony dla Wynalazczości” przyznaną przez Prezesa Rady Ministrów (2021).