Podział kruszywa drogowego (ze względu na stopień przetworzenia)- kruszywo mineralne:

- naturalne (powstałe w wyniku rozdrobnienia skał litych wskutek naturalnych procesów wietrzenia np. piaski, żwiry, pospółki); naturalne, naturalne kruszone

- łamane (powstałe z celowego rozdrobnienia skał litych); łamane zwykłe, łamane granulowane

- wypełniacze mineralne (zmielenie surowca skalnego w młynach)

Ocena jakości kruszywa mineralnego

- klasa -klasyfikacja kruszywa wg cech fizycznych i chemicznych, niezależnych od człowieka i procesu produkcji (kl. I,II,III)

- gatunek -klasyfikacja kruszywa wg cech fizycznych i chemicznych zależnych od człowieka i procesu produkcji( gat. 1,2,3)

Cechy gatunkowe (grys):

-zawartość ziaren nieprzekruszonych, ziaren mniejszych niż 0,075mm, frakcji podstawowej, nadziarna, podziarna, zanieczyszczeń obcych, ziaren nieforemnych, zanieczyszczeń ogranicznych

Cechy klasowe (grys):

-ścieralność, nasiąkliwość, mrozoodporność

Kruszywo-ziarnisty materiał stosowany w budownictwie, może być

-naturalne-kruszywo ze złóż naturalnych pochodzenia mineralnego, które poza obróbką mechaniczną nie zostało poddane innej obróbce (żwir, piasek, żwir kruszony, kruszywo łamane ze skał, kruszywo z nadziarna i otoczaków)

-sztuczne-kruszywo pochodzenia mineralnego, uzyskane w wyniku procesu przemysłowego- obróbka termiczna lub inna modyfikacja(np. z żużli wielkopiecowych, stalowniczych i pomiedziowych)

-z recyklingu- powstałe w wyniku przeróbki nieogranicznego materiału

Wymiar kruszywa-wielkośc ziaren określona przez dolny (d) i górny (D) wyrażona jako d/D; dopuszcza się obecność pewnej ilości nadziarna i podziarna

-grube- 2-45mm

-drobne- 0,063-2mm

-pyły- 0-0,063mm

Wypełniacz- kruszywo którego większość przechodzi przez sito 0,063mm i które może być dodawane do materiałów budowlanych w celu uzyskania pewnych właściwości

-mieszany- wypełniacz pochodzenia mineralnego i wodorotlenku wapnia

-dodany- wypełniacz pochodzenia mineralnego wytworzony oddzielnie

Kruszywo o ciągłym uziarnieniu- kruszywo składającego się z kruszywa grubego i drobnego; może być wytwarzane bez rozdzielania na kr grube i drobne lub przez połączenia gr i dr

Uziarnienie- skład ziarnowy kruszywa, wyrażony z % masy ziaren przechodzących przez określony zestaw sit

Podziarno-część kruszywa przechodząca przed dolne sito zestawu sit

Nadziano-część kruszywa pozostająca na górnym sicie

Kategoria- poziom właściwości kruszywa, wyrażony jako przedział wartości, lub wartość graniczna

Wymagane właściwości kruszywa grubego, drobnego i o ciągłym uziarnieniu

- wymagania geometryczne (wymiar kruszywa(zestaw sit plus zestaw 1), uziarnienie, zawartość i jakość pyłów, kształt kruszywa grubego, zawartość ziaren o powierzchni przekruszonej i łamanej i kr grubym, kanciastość kruszywa drobnego)

- wymagania fizyczne ( odporność na rozdrabnianie kruszywa grubego (Los Angeles, odpornośc na uderzenie), odporność na polerowanie, odporność na ścieranie powierzchniowe (AAV), odporność na ścieranie kruszywa grubego(mikro-Deval), odporność na ścieranie abrazyjne przez opony z kolcami kruszywa grubego stosowanego do warstwy ścieralnej)

-gęstość i nasiąkliwość ziaren- gęstość, nasiąkliwość, gęstość nasypowa, trwałość (nasiąkliwość jako wskaźnik mrozoodporności, mrozoodporność, odporność na szok termiczny, przyczepność lepiszcza asfaltowego do kruszywa grubego, zgorzel słoneczna bazaltu)

-wymagania chemiczne (skład chemiczny(opis petrograficzny), grube zanieczyszczenia lekkie)

- składniki wpływające na stałość objętości żużli wielkopiecowych i stalowniczych

Wypełniacze

- wymagania geometryczne (uziarnienie, jakość pyłów)

- wymagania fizyczne (zawartość wody, gęstość ziaren)

- usztywniające właściwości wypełniacze (wolne przestrzenie w suchym zagęszczonym wypełniaczu, przyrost temperatury mięknienia mieszanki wypełniacz-asfalt, oznaczony metodą pierścienia i kuli)

- wymagania chemiczne (rozpuszczalność w wodzie, podatność na działanie wody, zawartość węglanu wapnia w wypełniaczu wapiennym, zawartość wodorotlenku wapnia w wypełniaczu mieszanym)

- wymagania dotyczące prawidłowości produkcji wypełniacza („liczba asfaltowa” wypełniacza dodanego, straty po prażeniu popiołu lotnego z węgla, gęstość ziaren wypełniacza ddanego, gęstośc nasypowa w stanie luźnym oznaczana w nafcie, badanie wg Blaine'a (powierzchnia właściwa)

Odpad-Produkt-Materiał alternatywny

- odpad przetworzony w wyniku procesu technologicznego, odpowiadający po przetworzeni wymaganiom norm, aprobat technicznych, na podstawie badań wykonanych przez akredytowane laboratoria uznaje się za produkt

- ze względu na uznanie przetworzonych odpadów przemysłowych(produkty uboczne) za pełnowartościowy produkt upowszechniana jest ich nazwa materialy alternatywne

-potrzeba zużycia odpadów (eliminacja składowisk, ochrona złóż surowców naturalnych)

Polityka gospodarki odpadami UE- zapobieganie powstawaniu odpadów, minimalizacja ich ilości, odzyskiwanie, unieszkodliwianie, wykorzystanie odpadów (wykorzystanie do celów przemysłowych, energetycznych, budowlanych jako surowców wtórnych bezpośrednio lub po przetworzeniu; wykorzystanie do celów nieprzemysłowych, przy kształtowaniue powierzchni ziemi, a także do nawożenia lub ulepszania gleby)

Główne odpady przemysłowe w budownictwie drogowym

-żużel stalowniczy, wielkopiecowy kawałkowy, granulowany, żużel i popiół paleniskowy powęglowy, komunalny, żużel hutniczy nieżelazny, popiół lotny, łupek węglowy, piasek formierski, odpady szklane, kruszywo mineralne odpadowe, odpady rozbiórkowe budowlane, zużyte opony, odpady tworzyw sztucznych

- destrukt asfaltowy, betonowy, materiały podbudowy nawierzchni

Żużel-produkt uboczny otrzymany w wysokotemperaturowych procesach metalurgicznych lub przy zgazowaniu węgla

Żużel paleniskowy- otrzymany przez spiekanie lub topnienie substancji nieogranicznych

Żużel stalowniczy(konwertorowy) - produkt uboczny podczas wytapiania stali z surówki żelaza; większa chłonność lepiszcza w mieszance mineralno-asfaltowej; roboty ziemne, wzmocnienie podłoża, warstwy odwadniające, podbudowy, warstwy nawierzchniowe, powierzchnie utrwalenie, uszorstnienie warstwy ścieranej (SMA, MNU, asfalt lany)

Grysy z żużla stalowniczego- pełnowartościowe kruszywo, poprawa odporności na deformacje powierzchni, poprawa szorstkości nawierzchni

Żużel wielkopiecowy kawałkowy- powstaje w procesie wytopu surówki z rudy żelaza i dodatków mineralnych przy wolnym studzeniu na powierzchni; najbardziej szkodliwe dla jakości kruszywa z żużla są pozostałości topnika wapienno-dolomitowego(rozpad, pękanie, pęcznienie), roboty ziemne, warstwy nawiązane nawierzchni, mieszanki mineralno-asflatowe warstw nawierzchni

Żużel wielkopiecowy granulowany-produkt uboczny w procesie wytopu surówki z rudy żelaza i dodatków mineralnych, szybkie schłodzenie wodą, wykazuje właściwości wiążące - dodatek do cementu; roboty ziemne, warstwy niewiązane nawierzchni

Żużel hutniczy i niezależny (pomiedziowy, poniklowy, poołowiowy, pocynkowy i inne), roboty ziemne- skarpy, nasypy, niwelacja terenu, warstwy niezwiązane nawierzchni, mieszanki mineralno-asfaltowe, powierzchnie utrwalenia

Żużel w drogownictwie - produkty uboczne

-żelaza i stali (żuzel wielkopiecowy kawałkowy, granulowany, stalowniczy)

-metali nieżelaznych ( żużel pomiedziowy)

- spalania węgla lub odpadów komunalnych (żużel i popiół paleniskowy)

Odpady energetyczne (popiół lotny, popiół lotny aktywny, żużle, mieszaniny popiołowo- żużlowe); roboty ziemne- nasypy, ulepszone podłoże lub warstwa wzmacniająca, podbudowa, warstwy asfaltowe nawierzchni

Odpady powęglowe produkty uboczne wydobycia węgla kamiennego- grunty skaliste i nieskaliste (łupki ilaste, iłowce, łupki węglowe, piaskowce, okruchy węgla kamiennego); roboty ziemne - nasypy, skarpy, warstwy mrozochłonne, wzmocnionego podłoża i podbudowy, nasypy komunikacyjne

Odpady rozbiórkowe budowlane- kruszywo betonowe, gruz budowlany; podbudowa stabilizowanych mechanicznie nawierzchni dróg, podbudowa, roboty ziemne

Recykling nawierchni betonowych

-recyklowana nawierzchnia betonowa - odpad powszechnie stosowany w dużej skali (70-100%)

- kruszywo z recyklingu nawierzchni betonowej może być wykorzystane w: podbudowie stabilizowanej mechanicznie lub spoiwem hydraulicznym; betonie cementowym do dolnej płyty nawierzchni betonowej

-rozwinięte techniki naprawy uszkodzonej nawierzchni betonowej na nawierzchnie asfaltową: odprężenie płyt betonowych, zagęszczenie i wykonanie na takiej podbudowie nowej nawierzchni asfaltowej; rozkruszenie nawierzchni betonowej na kruszywie o wymiarze tłucznia, zagęszczenie i wykonanie na takiej podbudowie nowej nawierzchni asfaltowej

Zużyte opony samochodowe

-źródła odpadów gumowych: opony samochodowe, artykuły gumowe, taśmy przenośnikowe i pasy pędne, odpady produkcyjne

-metody wykorzystania: recykling materiałowy (bieżnikowanie opon, rozdrobnienie zużytych odpadów;mechaniczne cięzie i rozcieranie; metoda kriogeniczna ), zastosowanie całych opon lub w częściach(nasypy, wzmacnianie podłoża, poprawa stateczności nasypów, zabezpieczenie skarp, ściany oporowe, membrany i warstwy drenujące, przepusty drogowe, warstwy odsączające i odcinające), recykling energetyczny (spalanie i odzyskiwanie ciepła; cementowanie)

Pył <0,2mm

Miał 0,2-1mm

Granulat 1-10mm

Grys>10mm

Fazy modyfikacji asfaltu

-pionierska 1823-1900 (lepiszcze bitumiczne modyfikowane kauczukiem naturalnym)

-rozwoju 1901-1930 (stowarzyszenia producentów kauczuku)

-innowacji 1930-1970 (rozwój kauczuków syntetycznych, SBS)

-rozkwitu 1970-

Nawierzchnie asfaltowe efektywność modyfikacji zależna od dodatku gumy,

metody modyfikacji gumą efektywność modyfikacji zależna od dodatku gumy; morka 10-20%; 10 mało efektywna

- metoda mokra (pył lub miał gumowy, dodatek do asfaltu; wysoka temp; +modyfikacja asfaltu; -trudna technologia, kosztowna, zagrożenie dla środowiska podczas recyklingu)

- metoda sucha (miał gumowy, granulat gumowy; +częściowa modyfikacja asfaltu, mniej hałasu ruchu po nawierzchni, łatwość technno; -znaczny koszt przy niedużym efekcie)

Mieszanki mineralno-asfaltowe z granulatem gumowym

-Zastosowanie: wszystkie warstwy nawierzchni, specjalna warstwa przeciwpękaniowa, przeciwhałasowa warstwa ścieralna, „miękka” warstwa ścieralna

Spoiwa hydrauliczne - sproszkowane materiały pochodzenia mineralnego, które po związaniu z wodą wiążą i twardnieją, reakcje chemiczne powodują przechodzenie mieszaniny w stan stały. Wytrzymałość materiału rośnie z czasem. Podstawowe składniki: tlenek wapnia (CaO), krzemionka (SiO2), tlenek glinu (Al2O3)

-cement, wapno, popioły lotne aktywne

-pierwsze w historii spoiwa hydrauliczne to spoiwa pucolanowe- popioły wulkaniczne

-stosowane w starożytnym Rzymie

Cement- spoiwo hydrauliczne otrzymane ze zmielenia klinkieru cementowego

- wynaleziony w 1845 przez Izaaka Johnsona w Anglii koło Portland

-klinkier cementowy- produkt wypalenia w wysokiej temperaturze mieszaniny rozdrobnionych składników (węglan wapnia i glinokrzemiany)

-cement portlandzki- ze zmielenia klinkieru portlandzkiego z dodatkiem gipsu

-cement hutniczy - ze zmielenia klinkieru portlandzkiego z zasadowym żużlem wielkopiecowym granulowanym i gipsem palonym

- cement glinowy- ze zmielenia klinkieru glinowego (boksyty i wapień)

Cement- spoiwo hydrauliczne tj, drobno zmielony materiał nieorganiczny, który po zmieszaniu z wodą daje zaczyn wiążący i twardniejący w wyniku reakcji i procesów hydratacji, który po stwardnieniu pozostaje wytrzymału i trwały.

- hydrauliczne twardnienie następuje głównie przez hydratację krzemianów wapnia, a także innych związków chemicznych np. glinianów

-składniki główne:

klinkier cementu portlandzkiego (K) ( otrzymywany ze spiekania dokładnie zestawionej mieszaniny rozdrobnionych i ujednorodnionych surowców (mąka surowcowa, zaczyn, szlam) zawierających tlenki CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 i niewielkie ilości innych),

granulowany żużel wielkopiecowy (S) (wytwarzany przez gwałtowne chłodzenie płynnego żużla o odpowiednim składzie, otrzymywanego przy wytapianiu rudy żelaza w wielkim piecu; zawiera co najmniej 2/3 masy żużla zeszklonego i wykazuje właściwości hydrauliczne przy odpowiedniej aktywacji),

pucolany (P,Q) (naturalne materiały krzemionkowe lub glinokrzemianowe lub kombinacje obydwu. Pucolanami są również popiół lotny i pył krzemionkowy; same nie twardnieją po zmieszaniu z wodą, lecz drobno zmielone i w obecności wody reagują z rozpuszczonym wodorotlenkiem wapnie (Ca(OH)2), tworząc związki krzemianów wapnia i glinianów wapnia. Pucolany naturalne(P)-pochodzenia wulkanicznego lub skały osadowe; Pucolany naturalne-wypalane (Q)- materiały pochodzenia wulkanicznego, gliny, łupki lub skały osadowe, aktywowane przez obróbkę termiczną);

popiół lotny (V,W) (otrzymywany przez elektrostatyczne lub mechaniczne osadzanie pylistych cząstek spalin z palenisk opalanych pyłem węglowym, otrzymywany innymi metodami nie powinien być stosowany w cemencie CEM; może być z natury krzemionkowy lub wapienny, popiół o naturze krzemionkowej wykazuje właściwości pucolanowe , a o naturze wapiennej wł pucolanowe i hydrauliczne)

łupek palony (T) (wytwarzany w specjalnym piecu w temp ok. 800'C, zawiera fazy klinkierowe (krzemiany) oraz tlenki o reaktywności pucolanowe; w drobno zmielonym stanie łupek palony wykazuje wyraźne właściwości hydrauliczne oraz dodatkowo pucolanowe)

wapień (L,LL) (stosowany w produkcji cementu powinien zawierać co najmniej 75% węglanu wapnia oraz ograniczoną ilość gliny i węgla organicznego)

pył krzemionkowy (D) (powstaje podczas redukcji kwarcu wysokiej czystości za pomocą węgla w elektrycznych piecach łukowych przy pomocy krzemu lub stopów żelazokrzemu; sklada się z drobnych kulistych cząstek zawierających co najmniej 85% masy bezpostaciowego dwutlenku krzemu)

-składniki drugorzędne - specjalne wyselekcjonowane mineralne materiały nieorganiczne naturalne lub pochodzące z procesu produkcji klinkieru, ulepszają fizyczne właściwości cementu(urabialność i wodożądność), mogą być obojętne lub mieć nieznaczące właściwości hydrauliczne lub pucolanowe; siarczan wapnia (w celu regulacji wiązania, może występować jako gips, półhydrat, anhydryt, lub ich mieszanina) dodatki( dodawane dla poprawy wytwarzania lub właściwości cementu, całkowita masa <1,0% masy cementu, nie powinny powodować korozji zbrojenia lub pogarszać właściwości cementu, betonu lub zaprawy)

CEM I -(1 rodzaj) cement portlandzki; zawiera klinkier

CEM II - (19) cement portlandzki wieloskładnikowy; klinkier i inne składniki główne

CEM III - (3) cement hutniczy; klinkier i żużel wielkopiecowy

CEM IV - (2) cement pucolanowy; klinkier i pucolany

CEM V - (2) cement wieloskładnikowy; klinkier, żużel wielkopiecowy i pucolany

Cement - wymagania

- właściwości mechaniczne: wytrzymałość normowa ( na ściskanie po 28 dniach, 3 klasy: 32,5; 42,5; 52,5) wytrzymałość wczesna (na ściskanie po 2 lub 7 dniach, klasa normalna N, wysoka R)

- fizyczne (początek czasu wiązania, stałość objętości)

- chemiczne (strata prażenia, pozostałość nierozpuszczalna, zawartość siarczanów, chlorków, pucolanowość

- dotyczące trwałości (szczególne wymagania odnoszące się do warunków środowiskowych stosowania cementu, uwzględniające mrozoodporność, odporność chemiczną i ochonę zbrojenia)

Cement w nawierzchni betonowej

- duża wytrzymałość do przeniesienia obciążenia ruchem,

- początek wiązania dłuższy niż 120 miniut, umiarkowane ciepło twardnienia (unikamy naprężęń cieplnych i spękań term),

- wodożądność <2% -usyskujemy odp konsystencje przy niskim współcz w/c - duża wytrzymałośc, mały skurcz;

- cement wys wytrzym ma wysokie ciepło twardnienia - znaczny skurcz zaprawy; taki cement stosowany gdy wymagane szybckie twardnienie i oddanie nawierzchni do ruchu

- duża zawartość tlenków wapnia, krzemu, glinu może z kruszywem zawierającym krzeminki wywołać reakcje, efekt - korozja alkaliczno- krzemionkowa betonu (siatka drobnych rys)

- nadmierna zawartośc tlenków wapnia i magnezu - pęcznienie betonu

- stopień rozdrobnienia nie powinien być zbyt duży: drobny przemiał (większa wytrzymałość na ściskanie i zginanie, zwłaszcza w procesie początkowego wiązania i twardnienia); zbyt gruby przemiał (trudności w utrzymaniu wody w mieszance betonowej)

- dobór cementu powinien zapewniać uzyskanie odpowiednich właściwości betonu: duża wytrzymałość na ściskanie, rozciąganie, duża szczelność, mrozoodporność, odporność na środki odladzające, mała nasiąkliwość

- drogi o kategorii ruchu KR4,5,6: CEM I 32,5N/R, 42,5NR

-KR1,2,3: CEM I - V

Cement w podbudowie nawierzchni

- podbudowa z gruntu lub kruszywa stabilizowanego cementem (R28=5MPa), podbudowa z chudego betonu (R28=6-9MPa, R7=3,5-5,5MPa)

- grubość warstwy z chudego betonu zależnie od kategorii ruchu 16(KR1)-22cm (KR6)

Wapno - stosowane jako spoiwo w zaprawach murarskich, do obrzutek i tynków, do produkcji wyrobów budowlanych, oraz do stabilizacji gruntu

1. wapno - materiał zawierający wszelkie fizyczne i chemiczne odmiany tlenku wapnia i/lub tlenku magnezu lub wodorotlenków wapnia i magnezu

2. wapno budowlane- wapno stosowane w bud, inż. Ląd i wodnej

3. wapno powietrzne - składające się głównie z tlenku lub wodorotlenku wapnia, powoli twardniejące w powietrzu pod wpływem działania atmosferycznego dwutlenku węgla; nie ma właściwości hydraulicznych; może być to zarówno wapno palone i hydratyzowane

- wapno palone (Q)(niegaszone) wapno powietrzne składające się głównie z tlenku wapnia i magnezu. Wytwarzane poprzez palenie prażenie kamienia wapiennego i/lub dolomi

- wapno hydratyzowane (S)(gaszone) - powietrzne, wapniowe lub dolomitowe otrzymywane w wyniku kontrolowanego gaszenia wapna palonego

- wapno wapniowe (CL) wapno zawierające głównie tlenek wapnia lub wodorotlenku wapnia bez żadnych dodatków hydra i puco

- wapno dolomitowe (DL) - zawierające głównie tlenek wapnia i magnezu lub wodorotlenek wapnia i magnezu bez żadnych dodatków hydra i puco

- wapno dolomitowe półhydratyzowane - wapno dolomitowe hydratyzowane składające się głownie z wodorotlenku wapnia i tlenku magnezu

- wapno dolomitowe całkowicie zhydra - składające się głównie z wodorotlenku wapnia i magnezu

- wapno hydrauliczne naturane (NHL) - wytwarzane poprzez wypalanie ilastego lub krzemionkowego kamienia wapiennego sproszkowane. Wszystkie NHL mają właściwość wiązania i twardnienia pod wodą, do twardnienia przyczynia się dwutlenek węgla

- wapno hydrauliczne naturalne z dodatkami (Z) - do 20% dodatków materiałów puco lub hydra

- wapno hydrauliczne (HL) - składa się głównie z wodorotlenku wapnia, krzemianów wapnia i glinianów wapnia, wytwarzane poprzez mieszanie odpowiednich surowców. Ma właściwości wiązania i twardnienia pod wodą; do twardnienia dwutl węgla

Wapno wapniowe 90 - CL90

Wapno wapniowe 80 - CL 80

Wapno wapniowe 70 - CL 70

Wapno dolomitowe 85 - DL 85

Wapno dolomitowe 80 - DL 80

Wapno hydrauliczne 2 - HL 2

Wapno hydrauliczne 3,5 - HL 3,5

Wapno hydrauliczne 5 - HL 5

Wapno hydrauliczne naturalne 2 - NHL 2

Wapno hydrauliczne naturalne 3,5 - NHL 3,5

Wapno hydrauliczne naturalne 5 - NHL 5

Wapno - wymagania

- chemiczne (zawartość: CaO+MgO, MgO, CO2, SO3, wapna czynnego niezwiązanego)

- fizyczne (wytrzymałośc normowa (ściskanie, 28dni), stopień zmielenia,zawartość wolnej wody, stałość objętości po gaszeniu, badania zaprawy (głębokość wnikania, zawartość powietrza), czas wiązania (początek, koniec)

- fizyczne dodatkowe (reaktywnośc, wodożądnośc, zatrzymywanie wody, gęstośc nasypowa, stopień zmielenia, białości)

Wapno w budownictwie drogowym:

- stabilizacja gruntów podłoża nawierzchni (wzmocnienie podłoża gruntowego G2, G2, G4 w celu uzyskania G1)

- podbudowy z kruszyw stabilizowanych wapnem (dolna warstwa podbudowy; wapno palone lub hydratyzowane)

Aktywne popioły lotne

- stabilizacja podłoża nawierzchni (wzmocnienie podłoża gruntowego G2, G2, G4 w celu uzyskania G1)

- podbudowy z kruszyw stabilizowanych aktywnym popiołem lotnym (dolna warstwa podbudowy; popioły lotne z węgla brunatnego)

- w podbudowie z betonu popiołowego można stosować: kruszywo mineralne, łamane, sztuczne, popioły lotne (z węgla kamiennego, brunatnego), spoiwa hydrauliczne

Nawierzchnie półsztywne (spękania odbite)

- nawierzchnie asfaltowe z warstwami podbudowy związanej spoiwem hydraulicznym są konstrukcjami pół sztywnymi nawierzchni drogowej

- narażone na powstawanie spękań odbitych

- spękania zapoczątkowane w warstwie podbudowy wskutek skurczu fizyko-chemicznego

-następnie mogą być przenoszone do warstw asfaltowych położonych bezpośrednio na takiej podbudowe

-zapobieganie: redukcja zawartości spoiwa hydraulicznego, sztuczne, celowe wywołanie pęknieć w podbudowie sztywnej, zastosowanie warstwy pośredniej rozpraszającej naprężenia rozciągające(membrana z polimeroasfaltu, 12cm z zagęszczonej mieszanki mineralnej, siatka polimerowa, metalowa, szklana, węglanowa, włóknina nasączona polimeroasfaltem), połączenie technik

Słowo asfalt pochodzi z greckiego („asfalleia” czyli „niezniszczalność, trwałość”), bitum pochodzi z łaciny.

Pochodzenie:

Węgiel kamienny - warstwy pozostałości obumarłej roślinności na lądzie przetworzone w ciągu milionów lat bez dostępu powietrza (torf>węgiel brunatny>węgiel kamienny>antracyt)

Ropa naftowa - mikroorganizmy zwierzęce i roślinne obumarłe w morzu opadły na dno, przy udziale beztlenowych bakterii powstała ropa.

Naturalne złoża asfaltu (Syria, Liban, Irak, Iran)

Odpowiednie warunki temp i ciśnienia warstw ropy naftowej w głębi ziemi powodowały destylację niektórych złóż ropy, po odparowaniu lżejszych frakcji został asfalt naturalny.

a) jeziora asfaltowe - (A+H2O+drobne minerały), Selenizza, Albania 83% asfaltu, Trynidad

b) piaski asfaltowe (od 1 do 20% czystego asfaltu) - Kanada,

c) skały nasycone asfaltem - w Szwajcarii, Francji

d) złoża asfaltytów

Asfalt naftowy - produkt destylacji ropy naftowej.

Smoła - produkt przerobu różnych surowców [drewna, węgla kamiennego (koksowanie)]

pozostałością koksowania jest pak węglowy, zmieszany z olejami smołowymi - smoła.

Asfalt i smoła - lepiszcza

Kiedyś stosowano:

smołę zwykłą stabilizowaną (+15% asfaltu)

asfaltosmołę (+30% asfaltu)

pakoasfalt (80% asfaltu i 20% paku i olejów)

Teraz smoły itp sie nie stosuje bo szkodliwe.

Asfalt lany = asfalt naturalny + drobne kruszywo wapienne + kruszywo kamienne

produkcja w pionowych kotłach stojących, temp 150-180⁰

Asfalt ubijany - ciepły granulat mastyksu asfaltowego rozsypany na powierzchnie tłuczniową i ubijany ręcznie ubijakami stalowymi (zastosowanie zanika w latach międzywojennych)

Asfalt - materiał termoplastyczny, stan reologiczny (właściwości) asfaltu zależny od temperatury i czasu obciążenia:

- stan sprężysty( ciało stałe)- niska temp, krótki czas obciążenia

- stan lepkosprężysty- pośrednia temperatura lub czas obciążenia

- stan lepki (ciecz) - wysoka temperatura lub długi czas obciążania

Jakość funkcjonalna asfaltu

- właściwości użytkowe (

konsystencja ( penetracja Pen25, temperatura mięknienia PiK- pierścień i kula, lepkość, moduł sztywności Sb- stała charakteryzująca materiał poddany działaniu obciążeń zewnętrznych; stosunek naprężenia do odkształcenia; zależność modułu sprężystości wzdłużnej i poprzecznej)

wrażliwość termiczna (indeks penetracji PI (-1 +1), Przedział plastyczności PP (zakres temp,w której asfalt jest w stanie lepkosprężystym, różnica między temp mięknienia a łamliwości), współczynnik wrażliwości termicznej lepkości m (wrażliwość termiczna asfaltu w stanie lepkim, cecha istotna dla warunków stosowania asfaltu))

odporność niskotemperaturowa (temperatura łamliwości Fraassa, reometr zginanej belki BBR, rozciąganie bezpośrednie DTT)

kohezja (spójność lepiszcza asfaltowego: wzajemne przyciąganie cząsteczek danej substancji; ciągliwość; ciągliwość z pomiarem siły; wahadło Vialit)

adhezja(przyczepność) do kruszyw (zjawisko łączenia powierzchniowych warstw dwóch różnych ciał(faz); lepiszcze asfaltowe z kruszywem mineralnym; mechaniczna-bierna; fizykochemiczna- czynna

starzenie (utlenienie -zmiana żywyc w asfalteny; odparowanie frakcji olejowych, zmiana właściwości asfaltu-utwardzenie, osłabienie kohezji, pogorszenie odporności niskotemp)

- właściwości technologiczne (warunki termiczne stosowania(temp procesów technologicznych), inne: czystość (zawartość składników rozpuszczalnych), bezpieczeństwo użycia(temp zapłonu, stabilnoć układu koloidalnego))

1902r, pierwsze powierzchniowe utrwalenie nawierzchni tłuczniowej, 20km Nicea - Monako.

USA, początek XX w.

Clifford Richardson (3 mieszanki - asfalt piaskowy 0/3mm, beton asfaltowy 0/15mm, makadam asfaltowy 0/30mm - wszystkie wałowane upowszechnione w latach międzywojennych)

- Uziarnienie kruszywa mineralnego dostosowane do typu i przeznaczenia mieszanki

- Zasada najmniejszej zawartości wolnej przestrzeni w mieszance

- Jakość asfaltu - warunki badania penetracji i stosowanie badania w praktyce laboratoryjnej

- Metoda sprawdzania poprawności zawartości asfaltu w mieszance - próba plamienia.

Lata 1930-te - powstaje metoda projektowania betonu asfaltowego - test Marshalla.

Najważniejsze mieszanki mineralno-asfaltowe:

Makadam asfaltowy - mieszanka mineralna jednofrakcyjna, zawartość wolnych przestrzeni 10 -30% v/v, produkcja na gorąco w otaczarni, wbudowanie rozkładarką, zagęszczanie walcami, pierwowzór betonu asfaltowego porowatego

Beton asfaltowy AC - projektowanie składu wg kryterium minimum zawartości wolnej przestrzeni, charakterystyka: mieszanka o ciągłym uziarnieniu, zawartość wolnych przestrzeni 1-10% v/v, produkcja na gorąco w otaczarni, wbudowanie rozkładarką, zagęszczanie walcami; stosowanie: wszystkie warstwy nawierzchni, każde warunki eksploatacyjne; zalety: najpowszechniej znana mieszanka, największe doświadczenie

Asfalt porowaty PA - mieszanka o nieciągłym uziarnieniu, zawartość wolnych przestrzeni 10 -30% v/v, lepiszcze: asfalt lub polimeroasfalt, dodatek stabilizatora mastyksu (zwykle włókno celulozowe), wchłania wodę, cicha nawierzchnia: zmniejsza hałas toczenia kół pojazdów (mniejsza do 6dB), produkcja na gorąco w otaczarni, wbudowanie rozkładarką, zagęszczanie walcami, stosowanie: w-wa ścieralna czasem w połączeniu z wiążącą, nawierzchnie dróg o dużym ruchu; zalety: zmniejszenie hałasu, eliminacja rozprysku wody, nawierzchnia jako zbiornik retencyjny, zwiększenie odporności na deformacje trwałe. UWAGA: możliwość gwałtownego zamarzania wody w porach nawierzchni (czarny lód)- niebezpieczeństwo poślizgu

Mieszanka SMA - mieszanka o nieciągłym uziarnieniu, zaw. wolnych przestrzeni 2-6% v/v, lepiszcze: asfalt lub polimeroasfalt, dodatek stabilizatora mastyksu (zwykle włókno celulozowe), grubsza błonka asfaltu na kruszywie w porównaniu do betonu asfaltowego, odporność na deformacje trwałe, dobre właściwości przeciwpoślizgowe, produkcja na gorąco w otaczarni, wbudowanie rozkładarką, zagęszczanie walcami, początkowe uszorstnienie drobnym grysem podczas zagęszczania warstwy; stosowanie: w-wa ścieralna, nawierzchnie dróg o dużym ruchu; zalety: zwiększenie odporności na deformacje trwałe, rozwinięta tekstura nawierzchni, lepsze właściwości przeciwpoślizgowe, większa wodo- i mrozoodporność

Asfalt lany MA - mieszanka o ciągłym uziarnieniu, zaw. wolnych przestrzeni <1% v/v, lepiszcze: twardy asfalt lub polimeroasfalt często z dodatkiem asfaltu naturalnego, gruba błonka mastyksu (asfaltu+wypełniacza) na kruszywie, poprawione właściwości: odporność na deformacje trwałe, odporność na wodę i mróz. Produkcja na gorąco dawniej w kotłach, aktualnie w otaczarni, wbudowanie specjalną rozkładarką, nie wymaga zagęszczania walcem, początkowe uszorstnienie drobnym grysem i przywałowanie lekkim, ręcznym walcem; stosowanie: w-wa ścieralna i wiążąca, nawierzchnie mostowe, nawierzchnie dróg o dużym ruchu, nawierzchnie specjalne, torowiska tramwajowe; zalety: eliminacja zagęszczeń walcem, duża mrozo- i wodoodporność, zwiększona odporność na deformacje trwałe.

Mieszanka BBTM - mieszanka o nieciągłym uziarnieniu, zaw. wolnych przestrzeni 3-16% v/v, lepiszcze: polimeroasfalt (zwykle elastomeroasfalt), produkcja na gorąco w otaczarni, wbudowanie rozkładarką, zagęszczanie walcami, stosowanie: cienka w-wa ścieralna nawierzchni (grubość <3,5cm), każde warunki eksploatacyjne; zalety: możliwość wykonania cienkiej w-wy ścieralnej, rozwinięta tekstura nawierzchni, lepsze właściwości przeciwpoślizgowe, większa wodo- i mrozoodporność

Beton asfaltowy o wysokim module sztywności AC WMS - mieszanka o ciągłym uziarnieniu, zaw. wolnych przestrzeni 1-5% v/v, lepiszcze: twardy asfalt, asfalt wielorodzajowy, polimeroasfalt; odporność na koleinowanie, wysoki moduł sztywności, odporność na zmęczenie; produkcja na gorąco w otaczarni, wbudowanie rozkładarką, zagęszczanie walcami; stosowanie: w-wa wiążąca i podbudowa asfaltowa, nawierzchnie dróg o dużym ruchu, w połączeniu z cienką w-wą ścieralną (grubość <3,5cm); zalety: wysoki moduł sztywności, możliwość zmniejszenia grubości konstrukcji nawierzchni (mniejsze naprężenia i odkształcenia), kontrolowana charakterystyka zmęczeniowa, zwiększona odporność na deformacje trwałe

Struktura mieszanek asfaltowych:

beton asfaltowy - ciągłe uziarnienie, minimum zawartości wolnej przestrzeni - drobniejsze frakcje kruszywa wypełniają wolną przestrzeń między grubszymi ziarnami

asfalt lany - ciągłe uziarnienie, praktycznie bez wolnej przestrzeni - mastyks asfaltowy (wypełniacz i asfalt) całkowicie wypełniają wolną przestrzeń między ziarnami kruszywa

mastyks grysowy SMA - nieciągłe uziarnienie, minimum zawartości wolnej przestrzeni - ziarna frakcji piaskowej wypełniają przestrzenie pomiędzy ziarnami frakcji grysowej.

asfalt porowaty - nieciągłe uziarnienie, maximum zawartości wolnej przestrzeni (do 30% v/v) między ziarnami w-wy grysowej.

Podział mieszanek mineralno-asfaltowych:

1)Ze względu na krzywą uziarnienia:

a) o ciągłym uziarnieniu: AC, AC WMS, MA

b) o nieciągłym uziarnieniu: SMA, PA, BBTM, HRA...

c) jednofrakcyjne: makadam asfaltowy

2)Ze względu na sposób zagęszczania:

a) wałowane: AC, SMA, BBTM, PA, makadam asfaltowy

b) niewałowane: MA

3)Ze względu na strukturę:

a) zamknięta (wypełnienie 80-95%, wolne przestrzenie <4,5%): AC (w-wa ścieralna), AC WMS, SMA, MA, BBTM

b) częściowo zamknięta (wypełnienie 65-80%, wolne przestrzenie 4,5-8%):AC (w-wa wiążąca i podbudowa), BBTM

c) otwarta (wypełnienie 45-60%, wolne przestrzenie >8%): PA, BBTM

Mieszanki mineralno asfaltowe:

Beton asfaltowy:

-podbudowa AC 11, 16, 22

-wiążąca AC 11,16,22

-ścieralna AC 5,8,11

Beton asfaltowy WMS

-podbudowa AC WMA 11,16

-wiążąca AC WMS 11,16

Mieszanka SMA

-ścieralna SMA 5,8,11

Mieszanka BBTM

-ścieralna BBTM 8,11

Wymagania wobec nawierzchni

Cechy mechaniczne - odporność na deformacje, odporność na pękanie, nośność

Komfort i bezpieczeństwo użytkowania - równość, szorstkość

Wpływ na otoczenie - hałaśliwość

Funkcje warstw asfaltowych

ścieralna - kontakt z kołem, ochrona warstw niższych

wiążąca i podbudowa - przeniesienie obciążenia (zmniejszanie naprężeń i odkształceń przekazywanych na podłoże gruntowe w celu redukcji odkształceń trwałych podłoża gruntowego), nośność.

Wymagania wobec warstw asfaltowych

ścieralna - równość, właściwości przeciwpoślizgowe, odprowadzenie wody, mała hałaśliwość ruchu, odporność na: deformacje trwałe, pękanie, wodę, mróz, środki odladzające

wiążąca i podbudowa - odporność na deformacje trwałe, odporność na pękanie

Projektowane konstrukcji nawierzchni drogowej - dobór układu i grubości warstw nawierzchni i materiałów z których mają być wykonane aby nawierzchnia ta w określonych warunkach gruntowo-wodnych i klimatycznych przeniosła w założonym czasie założoną liczbę pojazdów bez uszkodzeń przekraczających założone granice.

Projektowanie = wymiarowanie + dobór materiałów

wymiarowanie - projektowanie układu warstw i ich grubości

dobór materiałów - projektowanie materiałów do poszczególnych warstw z określeniem ich charakterystyki jako danych wejściowych do wymiarowania

Stosowane metody uwzględniają:

najczęściej - deformacje strukturalne podłoża gruntowego, spękania zmęczeniowe nawierzchni asfaltowej

rzadko lub wcale - deformacje lepkoplastyczne warstw asfaltowych, spękania odbite, spękania termiczne.

Trwałość nawierzchni zależy od grubości warstw oraz jakości materiałów i wykonania.

Projektowanie mieszaki mineralno-asfaltowej (MMA)

1)wybór typu mieszanki zależnie od przeznaczenia - uwzględniamy: kat. ruchu i funkcję drogi, warstwę nawierzchni, dokumenty normatywne.

2)określenie właściwości i wymagań - skład: uziarnienie mieszanki mineralnej, zawartość lepiszcza; właściwości fizyczne i objętościowe: gęstość, gęstość objętościowa, zawartość wolnej przestrzeni w zagęszczonej MMA, wypełnienie wolnej przestrzeni lepiszczem; właściwości mechaniczne: odporność na deformacje trwałe, moduł sztywności, trwałość zmęczeniowa, odporność niskotemperaturowa; odporność na czynniki środowiskowe: wodo- i mrozoodporność, odporność na paliwa, odporność na środki odladzające; cechy powierzchniowe nawierzchni: tekstura, współczynnik tarcia, jasność i barwa, hałaśliwość ruchu.

3)dobór składników: lepiszcze, kruszywa - wymagania specyfikacji, dostępność, możliwość zastosowania kruszyw lokalnych i alternatywnych, sprawdzenie podstawowych właściwości klasyfikacyjnych i innych w miarę potrzeb.

4)ustalenie składu mieszanki mineralnej - metody teoretyczne, metoda obszaru najlepszego uziarnienia (krzywych granicznych)

5)ustalenie zawartości lepiszcza

6)oznaczenie właściwości w laboratorium

7)porównanie właściwości z wymaganiami

8)wykonanie próby technologicznej

Metody projektowania MMA

-metoda recepty - wykorzystuje doświadczenie w stosowaniu składu sprawdzonego przez długoletnie stosowanie, określa właściwości składników i skład mieszanki bez wymagania określania cech mechanicznych w laboratorium

-metoda empiryczna - wykorzystuje doświadczenie w stosowaniu składu sprawdzonego przez długoletnie stosowanie, określa właściwości składników i skład mieszanki ze sprawdzeniem prostych, empirycznych cech mechanicznych w laboratorium (Marshalla, Hveema, Hubbard-Fielda)

-metoda analityczna - wykorzystuje zależności między składem i właściwościami składników a właściwościami mieszanki na podstawie obszernych badań laboratoryjnych i analiz teoretycznych, wykorzystywane programy komputerowe (PRADO)

-metoda objętościowa - wykorzystuje zależności między proporcjami objętościowymi i właściwościami składników a właściwościami mieszanki, wymaga określenia proporcji objętościowych składników bez badania cech mechanicznych mieszanki (SHRP, Superpave Poziom1)

-metoda powiązana funkcjonalnie - wykorzystuje badania właściwości mechanicznych, które są powiązanie związkami korelacyjnymi z fundamentalnymi właściwościami inżynierskimi prognozującymi zachowanie materiału, wymaga badań laboratoryjnych cech mechanicznych mieszanek (system francuski)

-metoda funkcjonalna - wykorzystuje badania fundamentalnych właściwości inżynierskich (zmęczenia, sztywności), które wyrażają zachowanie materiału i bezpośrednio występują w zależnościach prognozujących zachowanie materiału, wymaga wykonania badań laboratoryjnych funkcjonalnych cech mechanicznych mieszanek (system holenderski)

1

---