WYKŁAD:

KRUSZYWA DROGOWE

MĄCZKI (WYPEŁNIACZE)

Opracowali:

dr inż. Wanda Grzybowska

dr inż. Piotr Zieliński

Politechnika Krakowska

Katedra Budowy Dróg i Inżynierii Ruchu

Kraków, 2013

Występowanie surowców do produkcji kruszyw w Polsce

Zasoby i wydobycie skał stosowanych w budownictwie

CHARAKTERYSTYKA KRUSZYW

Kruszywa mineralne są jednym z podstawowych surowców,
wykorzystywanych w wielu gałęziach gospodarki.
Największa część, z ogólnej ilości produkowanego kruszywa,
znajduje zastosowanie w budownictwie. Również rozwój takich
dziedzin gospodarki jak kolejnictwo, górnictwo, przemysł szklarski,
odlewnictwo jest uzależniony od postępów w procesie produkcji
kruszyw.

Kruszywa kamienne to podstawowy materiał, z którego buduje się
asfaltowe nawierzchnie drogowe.

Warstwy ścieralne nawierzchni zawierają w sobie 90-95% tego
surowca, a warstwy dolne 87-100%.

Charakterystyka bazaltu

Skała magmowa, wylewna, pochodzenia
wulkanicznego

Parametry techniczne:



gęstość [Mg/m

3

] 2,73

÷ 3,23



gęstość pozorna [Mg/m

3

] 2,69

÷ 3,20



zawartość krzemionki SiO

2

[%] 24

÷ 54



Wytrzym. na ściskanie [MPa] 70 ÷ 470



nasiąkliwość [%] 0,1 ÷ 3,5

Występuje głównie na obszarze Dolnego
Śląska

Charakterystyka granitu

Skała magmowa, głębinowa o strukturze
krystalicznej i słabej adhezji asfaltu.

Parametry techniczne:



gęstość [Mg/m

3

] 2,62

÷ 2,84



gęstość pozorna [Mg/m

3

] 2,57

÷ 2,76



zawartość krzemionki SiO

2

[%] >65



Wytrzym. na ściskanie [MPa] ÷



nasiąkliwość [%] ÷

Występuje głównie na obszarze Tatr,
Dolnego Śląska oraz Sudetów.

Charakterystyka melafiru

Odmiana bazaltu zwana migdałowcem

parametry techniczne:



gęstość [Mg/m

3

] 2,62 ÷ 2,85



gęstość pozorna [Mg/m

3

] 2,51 ÷ 2,82



zawartość krzemionki SiO

2

[%] 48 ÷ 56



wytrzym. na ściskanie [MPa] 68 ÷ 290



nasiąkliwość [%] 0,3 ÷ 3,4

Występuje w Sudetach i rejonie śląsko-

krakowskim

Charakterystyka dolomitu

Skała osadowa, chemiczna, zbudowana głównie
z minerału o tej samej nazwie, bardzo dobre
powinowactwo z asfaltem (nie zawiera kalcytu),
duża chłonność lepiszcza.

Parametry techniczne



gęstość objętościowa [Mg/m

3

] 2,69 ÷ 3,20



gęstość pozorna [Mg/m

3

] 2,10 ÷ 2,80



zawartość krzemionki SiO

2

[%] 0 ÷ 5



wytrzymałość na ściskanie [MPa] 19 ÷ 280



nasiąkliwość [%] 0,01 ÷ 2,87

Występuje w Polsce: Tatry, region śląsko-
krakowski, Góry Świętokrzyskie

Charakterystyka wapienia

Skała osadowa, chemiczna, zbudowana
głównie z węglanu wapnia, bardzo dobre
powinowactwo z asfaltem,
duża chłonność lepiszcza.

Parametry techniczne



gęstość [Mg/m

3

] 2,63 ÷ 2,87



gęstość pozorna [Mg/m

3

] 2,49 ÷ 2,83



zawartość krzemionki SiO

2

[%] 0 ÷ 5



wytrzymałość na ściskanie [MPa] ÷



nasiąkliwość [%] ÷

Występuje w Polsce: Tatry, region śląsko-
krakowski, Góry Świętokrzyskie

Charakterystyka amfibolitu

Skała metamorficzna, powstała w wyniku

przeobrażeń skał magmowych

Parametry techniczne



gęstość [Mg/m

3

]

2,91 ÷ 3,09



gęstość pozorna [Mg/m

3

]

2,85 ÷ 3,05



zawartość krzemionki SiO

2

[%] 45 ÷ 55



wytrzymałość na ściskanie [MPa] 40 ÷ 330



nasiąkliwość [%]

0,1 ÷ 2,8

Występuje w Polsce w Tatrach i Sudetach

Amfibolit z Kopalni Ogorzelec: bardzo wysoka
gęstość, niska nasiąkliwość, dobra odporność na

polerowanie

Prognoza ilościowo- rodzajowa zapotrzebowania kruszyw

na drogi krajowe w latach 2007-2015

KRUSZYWA DROGOWE

Kruszywa mineralne są

podstawowym materiałem w

konstrukcji nawierzchni drogowej. Nie tylko przenoszą główne
naprężenia wystepujące w nawierzchni, ale też kruszywa
stosowane w warstwie powierzchniowej muszą być odporne na
agresywne działanie ruchu (ścieranie, polerowanie) oraz na
działanie czynników klimatycznych (temperatura, opady) i czynniki

chemiczne, stosowane w utrzymaniu zimowym.

Stopień spełniania powyższych wymagań zależy od

inherentnych własności i jakości poszczególnych ziarn a także
sposobu ich związania, tj. ich wzajemnego zaklinowania lub
związania spoiwem lub obydwu sposobów równocześnie.
Rodzaj kruszyw: kruszywo naturalne łamane, kruszywo naturalne
wyokrąglone, żużel, łupki przepalone.

Widok zakładu produkującego kruszywa

Schemat procesu produkcji kruszyw drogowych

MĄCZKI (WYPEŁNIACZE)

Funkcje wypełniacza (uziarnienie ≤0.063 mm)

w mieszankach mineralno-asfaltowych

1.

Wypełnienie wolnych przestrzeni pomi

ę

dzy ziarnami grysu i piasku

w mieszance kruszywa (Filling of free air voids between grains of
mineral mixture),

2. Usztywnienie asfaltu i wytworzenie z nim homogenicznego

mastyksu który wią

ż

e ziarna mieszanki mineralnej,

3. Polepszenie adhezji asfaltu do ziarn i cz

ą

stek kruszywa, co

poprawia kohezj

ę

, szczelno

ść

i odporno

ść

mieszanki asfaltowo-

mineralnej na działanie wody.

KRUSZYWA DROGOWE

Podstawowa klasyfikacja:

1.

Kruszywa naturalne: kruszywo pochodzenia mineralnego,
które poza obróbką mechaniczną nie zostało poddane
żadnej innej obróbce,

2.

Kruszywo sztuczne pochodzenia mineralnego, uzyskane w
wyniku procesu przemysłowego, obejmującego termiczną
lub inną modyfikację (żużle wielkopiecowe i stalownicze),

3. Kruszywo z recyklingu, powstałe w wyniku przeróbki

nieorganicznego materiału zastosowanego uprzednio w

budownictwie (m.inn.destrukt asfaltowy).

Podział kruszyw (ze względu na pochodzenie)

według PN-EN 13043:2004

Podział kruszyw (ze względu na wymiar kruszywa)

według PN-EN 13043:2004

Podział kruszyw (ze względu na gęstość) według PN-EN

13043:2004

Normy zharmonizowane:

1.

PN-EN 13043: 2002 Kruszywa do mieszanek bitumicznych i
powierzchniowych utrwaleń stosowanych na drogach, lotniskach, i
innych powierzchniach przeznaczonych do ruchu,

2.

PN-EN 13242: 2010+A1: Kruszywa do niezwiązanych i
hydraulicznie związanych materiałów, stosowanych w obiektach
budowlanych i budownictwie drogowym,

3. PN-EN 12620:2002 Kruszywa do betonu

Normy PN-EN 13043, PN-EN 13242 oraz PN-EN 12620,
podobnie jak większość Norm Europejskich dotyczących
wyrobów budowlanych, są normami klasyfikacyjnymi i
wymagają przygotowania odpowiednich dokumentach
aplikacyjnych, umożliwiających przystosowanie postanowień
tych normy do przepisów i potrzeb danego kraju

.

Dla kruszyw do tej pory :

1.

Wymagania Techniczne WT-1: Kruszywa do mieszanek

mineralno-

asfaltowych i powierzchniowych utrwaleń na

drogach krajowych, GDDKiA 2010,

2.

Wymagania techniczne WT-4

: Mieszanki niezwiązane do

dróg krajowych, GDDKiA 2010,

3.

Wymagania Techniczne WT-5

: Mieszanki związane

spoiwem hydraulicznym do dróg krajowych GDDKiA 2010.

PODSTAWY FORMALNE STOSOWANIA KRUSZYW

Znakowanie materiałów
Aby zbudować dobrą i trwałą drogę musimy stosować tylko bezpieczne i legalne

materiały, czyli te, które mają odpowiednie atesty i spełniają określone normy.
W celu sprawdzenia, każdy dostępny na rynku wyrób budowlany powinien być
odpowiednio oznaczony.

Deklaracja zgodności UE

Deklarację zgodności może wydać tylko producent wyrobu, który nie musi

obowiązkowo uzyskać certyfikatu na Znak Bezpieczeństwa (B) lub certyfikatu
zgodności (CE). Producent powinien ustalić zakładowy program badań
produktu, kryteria akceptowania lub odrzucania badanej jego partii oraz
systematycznie kontrolować proces produkcyjny. Wystawiając deklarację,
producent potwierdza przeprowadzenie procedur badawczych, zgodności towaru
z dokumentem odniesienia i bierze za to odpowiedzialność. Deklaracja powinna
być wydawana dla każdej partii wyrobu określonej w programie badań.
Przechowuje się ją przez pięć lat i udostępnia na żądanie odbiorców oraz
organów kontrolnych.

Deklaracja zgodności UE zawiera:



nazwę i adres producenta lub upoważnionego przedstawiciela zgłoszonego w
Europejskim Obszarze Gospodarczym (EOG) oraz miejsce produkcji,



opis wyrobu (rodzaj, dane identyfikujące, zastosowanie…) i kopię dokumentu
towarzyszącego oznakowaniu CE,



postanowienie z którym wyrób jest zgodny (PN-EN 13043), szczególne warunki
stosowania wyrobu (np. postanowienia dotyczące stosowania w specjalnych
warunkach),



numer dołączonego certyfikatu zakładowej kontroli produkcji,



nazwisko i stanowisko osoby upoważnionej do podpisywania deklaracji
zgodności w imieniu producenta lub jego upoważnionego przedstawiciela.

Do deklaracji zgodności powinien być dołączony certyfikat zakładowej kontroli

produkcji, wydany przez jednostkę notyfikowaną, zawierający, poza podanymi
wyżej informacjami, również:



nazwę i adres jednostki notyfikowanej,



numer certyfikatu zakładowej kontroli produkcji,



warunki i okres ważności certyfikatu, jeśli ma to zastosowanie,



nazwisko i stanowisko osoby upoważnionej do podpisywania certyfikatu.

Normy

Kruszywa drobne

Kruszywo grube

Kruszywo uziarnione

w sposób ciągły

d

D

d

D

d

D

PN-EN 13043

Nie

określono

≤2 mm

Nie

określono

> 2 mm

0

≤45mm

PN-EN 13242

+ A1

0

≤6.3mm

≥ 1 mm

> 6.3mm

Nie

określono

>6.3mm

DEFINICJE UZIARNIENIA KRUSZYWA

Przykład: Kruszywo 0/5 mm
According to PN-EN 13043: uziarnienie ciągłe,
According to PN-EN 13242 + A1: kruszywo drobne

WŁASNOŚCI KRUSZYWA

Tests for the mineral aggregate for bituminous mixtures and

surface treatments for roads, airfields and other trafficked

areas PN-EN 13043

:

Własności ogólne kruszywa



Własno

ś

ci ogólne kruszywa, Cz.3: Procedura i terminologia

dla uproszczonej charakterystyki petrograficznej,



Własno

ś

ci ogólne kruszywa , Cz.5: Podstawowa aparatura

badawcza i kalibracja.

Własności geometryczne kruszywa



Uziarnienie – metoda sitowa



Kształt kruszywa grubego – wskaźnik kształtu (shape index)



Kształt kruszywa grubego – wskaxnik płaskości (flakiness index)



Procentowa zawarto

ść

ziarn powierzchni przekruszonej i

łamanej w kruszywie grubym,



Charakterystyka powierzchni kruszywa: współczynnik płyni

ę

cia



Ocena jakości pyłów – badanie bł

ę

kitem metylenowym

Własności mechaniczne i fizyczne kruszywa

(wybrane):



Odporno

ść

na

ś

cieranie kruszywa grubego (współczynnik

microDevala)



Odporność na rozdrabnianie (badanie w bębnie Los Angeles,
obracającym się ze stalowymi kulami, stosuje się 500 obrotów)



Odporno

ść

na polerowanie



Odporno

ść

na zamra

ż

anie i odmra

ż

anie



Gęsto

ść

nasypowa materiału w stanie lu

ź

nym



Gęsto

ść

ziarnowa i nasi

ą

kliwość



Adhezja (kompatybilno

ść

) pom

ię

dzy kruszywem i asfaltem.

Własności chemiczne kruszywa (wybrane):



Badanie siarczanów rozpuszczalnych w kwasach



Badanie odporności na rozpady żużla wielkopiecowego: (1)
rozpad krzemianowy, (2) rozpad żelazawy,



Badanie odporności na stałość objętości żużla stalowniczego.

Badania i wymagania dla kruszyw

– wymiary sit

Badania i wymagania dla kruszyw – zestawy sit

Sita pośrednie dla badania uziarnienia kruszywa

Zestawienie badań kruszyw grubych do MMA

Badania i wymagania dla kruszyw

uziarnienie oraz wymiar kruszywa

Badania i wymagania dla kruszyw
– uziarnienie kruszyw grubych

Badania i wymagania dla kruszyw

–

uziarnienie kruszyw grubych

– tolerancje uziarnienia

Badania i wymagania dla kruszyw
– uziarnienie drobnego kruszywa

Badania i wymagania dla kruszyw- zawartość pyłów

Badania i wymagania dla kruszyw-

uziarnienie kruszyw o ciągłym uziarnieniu

Kształty ziarn: zaokrąglone, nieregularne, płaskie,

kanciaste, wydłużone,

Badania i wymagania dla kruszyw

– procentowa zawartość ziarn

o powierzchni przekruszonej i łamanej w kruszywie grubym

Badania i wymagania dla kruszyw

– mrozoodporność

Badania i wymagania dla kruszyw-

– mrozoodporność

Badania i wymagania dla kruszyw-

– mrozoodporność

Badania i wymagania dla kruszyw

—

odporność na rozdrobnienie w bębnie Los Angeles

Badania i wymagania dla kruszyw—badanie odporności

na polerowalność kruszywa grubego

Badania i wymagania dla kruszyw

—badanie

odporności na polerowalność kruszywa grubego

Przykładowe wartości wskaźnika PSV dla wybranych grysów

l.p.

Rodzaj surowca do produkcji grysu

Wartość PSV

1

Żużel konwertorowy (stalowniczy)

74.0

2

Kwarcyt z Wiśniówki

67.8

3

Szarogłaz z Dębowca

63.6

4

Bazalt z Rębiszowa (widoczne ślady zgorzeli słonecznej)

61.6

5

Melafir z Rybnicy Leśnej

61.5

6

Diabaz z Niedźwiedziej Góry

54.0 - 60.5

7

Bazalt z Graczy

51.0

8

Dolomit z Dubia

41.0

Badania i wymagania dla kruszyw

Badanie gęstości i nasiąkliwości

Badania i wymagania dla kruszyw

Badanie gęstości i nasiąkliwości

Badania i wymagania dla kruszyw

Badanie wskaźnika kształtu kruszywa grubego

Badania i wymagania dla kruszyw

Badanie wskaźnika płaskości

Własności grubego kruszywa dla warstwy wiążącej i

profilującej AC - przykład

Własności grubego kruszywa dla warstwy

wiążącej i profilującej AC – przykład cd.

Własności kruszywa niełamanego drobnego i kruszywa o ciągłym

uziarnieniu D≤8 mm dla warstwy wiążącej i profilującej AC

Własności kruszywa łamanego drobnego i kruszywa o ciągłym
uziarnieniu D≤8 mm dla warstwy wiążącej i profilującej AC

Badania i wymagania dla kruszyw

– jakość pyłów

Własności wypełniaczy:

1.

Wilgotność

2.

Górna granica uziarnienia wypełniacza

3.

Zawartość frakcji <0.063 mm

4.

Zawartość cześci rozpuszczalnych w wodzie

5.

Obecność minerałów iłowych

6.

Własności usztywniające

Badania i wymagania dla wypełniaczy – badanie uziarnienia

Badania i wymagania dla wypełniaczy – badanie wilgotności

Badania i wymagania dla wypełniaczy – badanie

usztywniających własności wypełniacza

Badania i wymagania dla wypełniaczy – badanie

usztywniających własności wypełniacza

Własności wypełniacza wymagane dla warstw wiążących

i profilujących - przykład

Compatibility (adhesion) between bitumen and surfaces
of aggregate

Main problem: capacity of bitumen to wet the aggregate surfaces

durably.

Active adhesion : (1) bitumen wets also the humid aggregate, (2) the bond

between bitumen and aggregate is not susceptible to water, that is water

does not strip the bitumen film from aggregate,

Passive adhesion: (1) bitumen wets only the dry aggregate, (2) water

strips the water film from aggregate

Chemically bitumen has got an acid character – on its surface are

the negative charges, so between the bitumen and the acid

aggregate any chemical affinity, (except mechanical one- the rough

aggregate surface- microtexture) does not exist and adhesion is weak.

The mechanism of adhesion require to introduce two meanings:

(1)

Surface tension – napięcie powierzchniowe

(2)

Angle of wetting- kąt zwilżania

The surface tension relies on the tendency to diminish the outer

surface, so to take the shape of sphere.

Angle of wetting- the angle of contact between bitumen and

aggregate surface, on the border of three phases: liquid (bitumen),

solid (aggregate) and air..

Kąt zwilżania powierzchni aggregatu przez kroplę asfaltu

Kropla asfaltu

Powierzchnia
hydrofobowa
Φ<90

0

Powierzchnia
hydrofilowa
Φ>90

0

Adhezja – przyczepność asfaltu do kruszywa

Wyróżniamy 2 rodzaje przyczepności:



Mechaniczną (bierną lub względną)

– zazębienie i zaklinowanie w

porach powierzchni materiału mineralnego błonki lepiszcza



Fizykochemiczną (właściwą, czynną)

– wzajemne oddziaływanie sił

przyciągania między cząsteczkami błonki bitumicznej i cząsteczkami
powierzchni mineralnej, stanowiącej podłoże tej błonki

Przyczepność można rozpatrywać w 2 formach:



Bez obecności wody

– zależy od czystości ziaren kruszywa



W obecności wody

– opór przeciwko usuwaniu błonki lepiszcza z

kruszywa w obecności wody

Adhezja warunkuje wytrzymałość mechaniczną mieszanek mineralno-
asfaltowych (mma), szczelność i odporność na procesy zachodzące podczas
eksploatacji nawierzchni pod wpływem warunków atmosferycznych.

Asfalt ma dobrą adhezję do kruszyw zasadowych takich jak: wapień,
dolomit, gabro, bazalt (zawartość SiO

2

<55%).

Kruszywa kwaśne (zawartość SiO

2

>65%) mają złą przyczepność np.:

granit, sjenit, piaskowiec o lepiszczu kwarcytowym, porfir.

W przypadku niezadowalających właściwości adhezyjnych kruszywa
należy stosować środki adhezyjne zmniejszające napięcie
powierzchniowe, poprawiające zwilżalność.

Własności
kruszywa

Własności
asfaltu

Własności
mieszanek
asfaltowych

Czynniki
zewnętrzne

Skład
petrograficzny

Tekstura
powierzchni
Porowatość
Zapylenie
Wielkość
powierzchni ziarn
Zdolność

wchłaniania asfaltu
Wilgotność
Kształt ziaren
Stopień zwietrzenia

Własności
reologiczne

Struktura
asfaltu

Zawartość wolnych
przestrzeni
Przepuszczalność
Zawartość asfaltu
Grubość błonki
asfaltu
Rodzaj wypełniacza

Uziarnienie

Rodzaj mieszanki

Opady deszczu,
Wilgotność,
Obecność soli,

Temperatura
otoczenia

Cykl
temperaturowy
Obciążenie
ruchem,

Wykonawstwo

Odwodnienie
powierzchniowe

Czynniki wpływające na przyczepność asfaltu do kruszywa

i trwałość nawierzchni