WYKA
AD: KRUSZYWA DROGOWE
M
CZKI (WYPEA
NIACZE)
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:
wðgÄ™stość [Mg/m3] 2,73 ÷ 3,23
wðgÄ™stość pozorna [Mg/m3] 2,69 ÷ 3,20
wðzawartość krzemionki SiO2 [%] 24 ÷ 54
wðWytrzym. na Å›ciskanie [MPa] 70 ÷ 470
wðnasiÄ…kliwość [%] 0,1 ÷ 3,5
Występuje głównie na obszarze Dolnego
ÅšlÄ…ska
Charakterystyka granitu
Skała magmowa, głębinowa o strukturze
krystalicznej i słabej adhezji asfaltu.
Parametry techniczne:
wðgÄ™stość [Mg/m3] 2,62 ÷ 2,84
wðgÄ™stość pozorna [Mg/m3] 2,57 ÷ 2,76
wðzawartość krzemionki SiO2 [%] >65
wðWytrzym. na Å›ciskanie [MPa] ÷
wðnasiÄ…kliwość [%] ÷
Występuje głównie na obszarze Tatr,
Dolnego Śląska oraz Sudetów.
Charakterystyka melafiru
Odmiana bazaltu zwana migdałowcem
parametry techniczne:
wð gÄ™stość [Mg/m3] 2,62 ÷ 2,85
wð gÄ™stość pozorna [Mg/m3] 2,51 ÷ 2,82
wð zawartość krzemionki SiO2 [%] 48 ÷ 56
wð wytrzym. na Å›ciskanie [MPa] 68 ÷ 290
wð nasiÄ…kliwość [%] 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
wðgÄ™stość objÄ™toÅ›ciowa [Mg/m3] 2,69 ÷ 3,20
wðgÄ™stość pozorna [Mg/m3] 2,10 ÷ 2,80
wðzawartość krzemionki SiO2 [%] 0 ÷ 5
wðwytrzymaÅ‚ość na Å›ciskanie [MPa] 19 ÷ 280
wðnasiÄ…kliwość [%] 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
wð gÄ™stość [Mg/m3] 2,63 ÷ 2,87
wðgÄ™stość pozorna [Mg/m3] 2,49 ÷ 2,83
wðzawartość krzemionki SiO2 [%] 0 ÷ 5
wðwytrzymaÅ‚ość na Å›ciskanie [MPa] ÷
wðnasiÄ…kliwość [%] ÷
Występuje w Polsce: Tatry, region śląsko-
krakowski, Góry Świętokrzyskie
Charakterystyka amfibolitu
Skała metamorficzna, powstała w wyniku
przeobrażeń skał magmowych
Parametry techniczne
wð gÄ™stość [Mg/m3] 2,91 ÷ 3,09
wð gÄ™stość pozorna [Mg/m3] 2,85 ÷ 3,05
wð zawartość krzemionki SiO2 [%] 45 ÷ 55
wð wytrzymaÅ‚ość na Å›ciskanie [MPa] 40 ÷ 330
wð nasiÄ…kliwość [%] 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 zwiÄ…zania, tj. ich wzajemnego zaklinowania lub
związania spoiwem lub obydwu sposobów równocześnie.
Rodzaj kruszyw: kruszywo naturalne Å‚amane, kruszywo naturalne
wyokrąglone, żużel, łupki przepalone.
Widok zakładu produkującego kruszywa
Schemat procesu produkcji kruszyw drogowych
M
CZKI (WYPEA
NIACZE)
Funkcje wypełniacza (uziarnienie d"0.063 mm)
w mieszankach mineralno-asfaltowych
1. Wypełnienie wolnych przestrzeni pomiędzy 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 wiąże ziarna mieszanki mineralnej,
3. Polepszenie adhezji asfaltu do ziarn i czÄ…stek kruszywa, co
poprawia kohezję, szczelność i odporność 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 niezwiÄ…zanych 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
wymagajÄ… 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 niezwiÄ…zane do
dróg krajowych, GDDKiA 2010,
3.Wymagania Techniczne WT-5: Mieszanki zwiÄ…zane
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:
wð nazwÄ™ i adres producenta lub upoważnionego przedstawiciela zgÅ‚oszonego w
Europejskim Obszarze Gospodarczym (EOG) oraz miejsce produkcji,
wð opis wyrobu (rodzaj, dane identyfikujÄ…ce, zastosowanie& ) i kopiÄ™ dokumentu
towarzyszÄ…cego oznakowaniu CE,
wð postanowienie z którym wyrób jest zgodny (PN-EN 13043), szczególne warunki
stosowania wyrobu (np. postanowienia dotyczÄ…ce stosowania w specjalnych
warunkach),
wð numer doÅ‚Ä…czonego certyfikatu zakÅ‚adowej kontroli produkcji,
wð 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 jednostkÄ™ notyfikowanÄ…, zawierajÄ…cy, poza podanymi
wyżej informacjami, również:
wð nazwÄ™ i adres jednostki notyfikowanej,
wð numer certyfikatu zakÅ‚adowej kontroli produkcji,
wð warunki i okres ważnoÅ›ci certyfikatu, jeÅ›li ma to zastosowanie,
wð nazwisko i stanowisko osoby upoważnionej do podpisywania certyfikatu.
DEFINICJE UZIARNIENIA KRUSZYWA
Normy Kruszywa drobne Kruszywo grube Kruszywo uziarnione
w sposób ciągły
d D d D d D
PN-EN 13043 Nie d"2 mm Nie > 2 mm 0 d"45mm
określono określono
PN-EN 13242 0 d"6.3mm e" 1 mm > 6.3mm Nie >6.3mm
określono
+ A1
Przykład: Kruszywo 0/5 mm
According to PN-EN 13043: uziarnienie ciągłe,
According to PN-EN 13242 + A1: kruszywo drobne
 WA
ASNOÅšCI 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
żðWÅ‚asnoÅ›ci ogólne kruszywa, Cz.3: Procedura i terminologia
dla uproszczonej charakterystyki petrograficznej,
żðWÅ‚asnoÅ›ci ogólne kruszywa , Cz.5: Podstawowa aparatura
badawcza i kalibracja.
Własności geometryczne kruszywa
żð Uziarnienie  metoda sitowa
żð KsztaÅ‚t kruszywa grubego  wskaz
nik kształtu (shape index)
żð KsztaÅ‚t kruszywa grubego  wskaxnik pÅ‚askoÅ›ci (flakiness index)
żð Procentowa zawartość ziarn powierzchni przekruszonej i
Å‚amanej w kruszywie grubym,
żð Charakterystyka powierzchni kruszywa: współczynnik pÅ‚yniÄ™cia
żð Ocena jakoÅ›ci pyłów  badanie bÅ‚Ä™kitem metylenowym
 Własności mechaniczne i fizyczne kruszywa
(wybrane):
żð Odporność na Å›cieranie kruszywa grubego (współczynnik
microDevala)
żð Odporność na rozdrabnianie (badanie w bÄ™bnie Los Angeles,
obracającym się ze stalowymi kulami, stosuje się 500 obrotów)
żð Odporność na polerowanie
żð Odporność na zamrażanie i odmrażanie
żð GÄ™stość nasypowa materiaÅ‚u w stanie luz
nym
żð GÄ™stość ziarnowa i nasiÄ…kliwość
żð Adhezja (kompatybilność) pomiÄ™dzy kruszywem i asfaltem.
 Własności chemiczne kruszywa (wybrane):
żð Badanie siarczanów rozpuszczalnych w kwasach
żð Badanie odpornoÅ›ci na rozpady żużla wielkopiecowego: (1)
rozpad krzemianowy, (2) rozpad żelazawy,
żð Badanie odpornoÅ›ci na staÅ‚ość objÄ™toÅ›ci 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 Å‚amanej 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 wskaz
nika 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 Niedz
wiedziej 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 wskaz
nika kształtu kruszywa grubego
Badania i wymagania dla kruszyw
Badanie wskaz
nika 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 Dd"8 mm dla warstwy wiążącej i profilującej AC
Własności kruszywa łamanego drobnego i kruszywa o ciągłym
uziarnieniu Dd"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
hydrofilowa
Åš>900
Powierzchnia
hydrofobowa
Åš<900
Adhezja  przyczepność asfaltu do kruszywa
Wyróżniamy 2 rodzaje przyczepności:
wð MechanicznÄ… (biernÄ… lub wzglÄ™dnÄ…)  zazÄ™bienie i zaklinowanie w
porach powierzchni materiału mineralnego błonki lepiszcza
wð FizykochemicznÄ… (wÅ‚aÅ›ciwÄ…, czynnÄ…)  wzajemne oddziaÅ‚ywanie siÅ‚
przyciągania między cząsteczkami błonki bitumicznej i cząsteczkami
powierzchni mineralnej, stanowiącej podłoże tej błonki
Przyczepność można rozpatrywać w 2 formach:
wð Bez obecnoÅ›ci wody  zależy od czystoÅ›ci ziaren kruszywa
wð W obecnoÅ›ci wody  opór przeciwko usuwaniu bÅ‚onki 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 SiO2 <55%).
Kruszywa kwaśne (zawartość SiO2 >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.
 Czynniki wpływające na przyczepność asfaltu do kruszywa
i trwałość nawierzchni
Własności Własności Własności Czynniki
kruszywa asfaltu mieszanek zewnętrzne
asfaltowych
Opady deszczu,
Skład
Własności Zawartość wolnych
petrograficzny Wilgotność,
reologiczne przestrzeni
Obecność soli,
Tekstura
Przepuszczalność
Struktura
powierzchni
Temperatura
asfaltu
Zawartość asfaltu
otoczenia
Porowatość
Grubość błonki
Zapylenie
Cykl
asfaltu
temperaturowy
Wielkość
Rodzaj wypełniacza
powierzchni ziarn
Obciążenie
Zdolność ruchem,
Uziarnienie
wchłaniania asfaltu
Wykonawstwo
Rodzaj mieszanki
Wilgotność
Odwodnienie
Kształt ziaren
powierzchniowe
Stopień zwietrzenia