1. Podział kruszyw:

1) PODZIAŁ KRUSZYWA WEDŁUG POLSKIEJ NORMY

Podział pod względem gęstości kruszywa:

– kruszywo zwykłe: kruszywa o gęstości 2,0- 3,0 Mg/m3;

– kruszywo lekkie: kruszywa o gęstości poniżej 2,0 Mg/m3;

– kruszywo ciężkie: kruszywa o gęstości powyżej 3,0 Mg/m3.

Podział ze względu na pochodzenie:

• kruszywo naturalne,

Kruszywa mineralne
Rodzaj kruszyw
Drobne
Grube
Bardzo grube

• kruszywo sztuczne

Kruszywa sztuczne

Symbol grupy

A

B

C

D

Podział ze względu na wymiar kruszywa:

• drobne – o wymiarach ziaren D mniejszych lub równych 4 mm;

• grube – o wymiarach ziaren D co najmniej 4 mm oraz d co najmniej 2 mm;

• wypełniacze – kruszywo, którego większość przechodzi przez sito 0,063 mm;

• kruszywa o uziarnieniu ciągłym-kruszywa będące mieszanką kruszyw grubych i drobnych (o uziarnieniu od 0–63 mm)

Parametry do określania jakości i przydatności kruszyw:

KLASA – podział kruszyw ze względu na właściwości fizyczne (klasa I, II, III) ;niezależnych od procesu produkcji, wynikający z właściwości skały, z której otrzymano kruszywo. Do takich cech zaliczano m. in. Ścieralność, nasiąkliwość, mrozoodporność, zawartość związków siarki lub reaktywność alkaiczną.

GATUNEK – podział według właściwości zależnych od działań człowieka, np. procesu wydobycia, technologii produkcji, składowanie (były gatunki 1, 2 i 3). Do nich zaliczaliśmy więc zawartość ziaren nieforemnych, nadziarna, podziarna, zapylenie itd.

2) PODZIAŁ KRUSZYWA WEDŁUG EUROPEJSKICH NORM

Dawne granice uziarnienia (frakcja) kruszywa, nazywane teraz wymiarem kruszywa, oznacza się jako dolny d i górny D wymiar sita, czyli d/D przy założeniu, że dopuszcza się pewną ilość ziaren przechodzących przez sito d (podziarno) i/lub pozostających na sicie D (nadziarno).

Norma	Kruszywo drobne	Kruszywo grube	Kruszywo o ciągłym uziarnieniu
	d	D	d
PN-EN 13043:2004	0	≤2 mm	≥2 mm

Skały używane w drogownictwie:

Skały magmowe (bazalt, diabaz, dioryt, gabro, granit, melafir, porfir, sjenit)

Skały osadowe (dolomit, wapień, łupek przywęglowy, piaskowiec, szarogłaz)

Skały osadowe okruchowe (piasek, żwir)

Skały przeobrażone (amfibolit, gnejs)

2. Schemat produkcji łamanych kruszyw drogowych.

3. Podstawowe cechy kruszyw (uziarnienie, kształt, zawartość pyłów, odporność na rozdrabnianie, ścieralność, polerowanie, mrozoodporność)

Uziarnienie – to rozkład wielkości ziaren rozdrobnionego materiału. Uziarnienie określa się w laboratorium, badając procentową zawartość poszczególnych frakcji w w stosunku do ciężaru całej próbki badanego kruszywa lub gruntu.

W zależności od wielkości dopuszczalnego podziarna i nadziarna występuje 6 kategorii kruszywa grubego oznaczonych:

G_gx/y

W którym:
x – największa dopuszczalna ilość nadziarna (przedstawiana jako dopełnienie do 100%)
y – największa dopuszczalna ilość podziarna

Dla kruszyw drobnych występuje tylko jedna kategoria: G_F85

Wymaga ona aby przez sito D przeszło do 85 do 99% masy kruszyw.

Dla kruszyw o ciągłym uziarnieniu występują dwie kategorie: G_A90 oraz G_A85

Wymagają one aby przez sito D przeszło odpowiednio od 85 lub 90% do 99% masy kruszyw.

Najczęściej stosowaną metodą badania uziarnienia jest analiza sitowa. W metodzie tej używa się zestawu około dziesięciu sit o wielkości oczek od ok. 0,05 mm do 80 mm lub innych, ułożonych jedno na drugim w kolejności wielkości oczek malejącej w dół; sita wibrując powodują przechodzenie cząstek drobniejszych a zatrzymywanie grubszych na każdym z nich; dotyczy frakcji grubszych od ok. 0,05 mm,

Otrzymane wyniki (masy poszczególnych frakcji) służą do wykreślenia (w postaci wykresu) charakterystyki uziarnienia badanej partii materiału, czyli krzywej uziarnienia.

Wskaźnik uziarnienia U to stosunek ziaren o średnicy d₆₀ do d₁₀

Gdy U ≤ 5 grunt jest równomiernie uziarniony

5 < U ≤ 15 grunt różnoziarnisty

U > 15 grunt bardzo różnoziarnisty

Średnice d₆₀ i d₁₀ są ziarnami, które wraz z większymi stanowią odpowiednio 60% i 10% wagi próbki.

Kształt

Kształt ziaren to cecha, która ma kluczowe znaczenie dla odporności nawierzchni bitumicznej na koleinowanie. Kruszywa łamane, dzięki klinowaniu się sąsiednich ziaren tworzą znacznie stabilniejszą warstwę bitumiczną (potocznie mówi się o „szkielecie mineralnym”). Efekt ten wzmacnia się im bardziej foremne ziarna zastosujemy. Z kolei kruszywa naturalne, o charakterystycznie okrągłych kształtach sprawiają kłopoty, począwszy od zagęszczania (syndrom zagęszczania kulek łożyskowych), a skończywszy na szybkim skoleinowaniu nawierzchni (brak klinowania ziaren). Poza tym siły działające na ziarna nieforemne (najpierw walec, a potem koła samochodów) powodują szybsze ich kruszenie. Większy problem stwarzają ziarna płaskie, ponieważ pękają na wiele części. Powierzchnie przełamanych ziaren pozbawione są ochronnej warstwy lepiszcza, co zmniejsza ich odporność na działanie wody. Skruszone ziarna zmniejszają odporność nawierzchni na działanie obciążeń. Wyróżnia się 4 typy ziaren według podziału stosowanego – dysk, równo-wymiarowe (kubiczne), ostrze i pręcik.

Do badania wykorzystuje się ocenę wzrokową i w wątpliwych przypadkach – suwmiarką Schultza.

Wskaźnik kształtu oblicza się jako procentowy udział masy ziaren o ilorazie długości L do grubości E, L/E > 3 w stosunku do całkowitej masy próbki oznacza:

SI_x,

Gdzie indeks x oznacza maksymalną wartość (≤) wskaźnika kształtu w %

Kategorie:

SI₁₅, SI₂₀, SI₂₅, SI₃₀, SI₃₅, SI₅₀, SI _Deklarowane, SI_NR

Zawartość pyłów

Gruba warstwa dobrze przylegających pyłów do ziaren kruszywa stwarza wiele problemów:

- likwiduje bezpośredni kontakt powierzchni ziarna z asfaltem, przez co takie połączenie jest albo bardzo słabe, albo zupełnie go nie ma;

- zwiększa lepkość asfaltu w kontakcie z kruszywem, co utrudnia dobre otoczenie ziaren lepiszczem (akurat zależy nam na małej lepkości asfaltu);

- nie wiemy, czy w skład pyłów nie wchodzą części ilaste, pęczniejące w kontakcie z wodą- w wykonanej nawierzchni pojawią się problemy z trwałością;

Dla kruszywa drobnego, mieszanki i pospółki dopuszczalna jest zawartość pyłów do 3%, kruszywo o większej ilości pyłów (3-10%) ze względu na to, że jest to materiał gliniasto-ilasty o właściwościach pęczniejących pod wpływem wody, wymaga wykonania badania wskaźnika błękitu metylenowego. Badanie to sprawdza, czy w pyłach występują niekorzystne składniki pęczniejące (np. ilaste).

Odporność na rozdrabnianie

Norma przewiduje badanie odporności kruszywa grubego na rozdrabnianie dwoma metodami:

- badanie metodą Los Angeles (metoda zalecana)

- badanie odporności na uderzenia (metoda alternatywna)

Badanie ścieralności metodą Los Angeles ma na celu odtworzenie warunków pracy kruszywa w nawierzchni i ocenę jego odporności na ścieranie. Badanie ścieralności tą metodą polega na określeniu ubytku masy ziarn kruszywa w procentach, w wyniku ich wzajemnego ścierania, z udziałem kul stalowych w bębnie Los Angeles.

W drugiej metodzie próbkę kruszywa frakcji 8-12,5 mm poddaje się miażdżeniu w moździerzu dziesięcioma uderzeniami młota spadającego z wysokości 370mm. Siła uderzenia wynosi ok. 830kN.

Odporność na ścieranie

Oznaczenie współczynnika mikro-Devala polega na określeniu procentowego ubytku początkowej masy próbki w czasie jej ścierania do wymiarów mniejszych niż 1,6mm.

Badanie polega na pomiarze zużycia kruszywa wywołanego tarciem między kruszywem i materiałem ściernym w obracającym się bębnie w określonych warunkach. Podstawą do obliczenia współczynnika mikro-Devala jest pozostałość na sicie 1,6mm, wyrażona w procentach.

Odporność na polerowanie (PSV)

Współczynnik tarcia kół samochodowych o nawierzchnie zależy w dużym stopniu od zdolności polerowania ziaren kruszywa. Dlatego też do nawierzchni szorstkich zaleca się wybierać kruszywa kamienne odporne na polerujące działanie ruchu. Oceny polerowalności kamienia można dokonać na podstawie badań szorstkości grysów poddanych polerującemu działaniu opony w warunkach laboratoryjnych.

Odporność kruszywa na polerowanie (wygładzanie krawędzi i powierzchni ziaren) interesuje nas jako czynnik zapewniający odpowiednią szorstkość warstwy ścieralnej i zwiększający jej szczepność z kołami pojazdów.

Do badania PSV należy odsiać kruszywo przechodzące przez sito 10mm i pozostające na sicie prętowym 7,2mm, usunąć ziarna wydłużone.

Po przyklejeniu kruszywa na odpowiednio wyprofilowaną podstawkę, próbka umieszczana jest w maszynie do przyspieszonego polerowania. Po wykonaniu polerowania próbka zakładana jest do urządzenia do pomiaru tarcia (wahadło angielskie) i dokonywany jest pomiar.

Wartość odporności na polerowanie charakteryzuje 7 kategorii:

PSV_x,

W którym x jest dolną granicą odporności na polerowanie.

Kategorie w normie:

PSV₆₈, PSV₆₂, PSV₅₆, PSV₅₀, PSV₄₄, PSV _Deklarowana, PSV_NR,

Miernikiem polerowalności kruszywa jest tarcie na styku gumowego ślizgacza wahadła a kruszywa.

Mrozoodporność

Sposoby określania mrozoodporności kruszywa

-badanie petrograficzne – wgl PN-EN 932-3:1999, ocena obecności ziaren słabych o dużej nasiąkliwości lub podatnych na uszkodzenia przy zamrażaniu i rozmrażaniu

-nasiąkliwość – jeśli wynik wg PN-EN 1097-6:2002 jest mniejszy niż 2% to kruszywo można uznać za mrozoodporne

-badanie zamrażania – rozmrażania w wodzie wg PN-EN 1367-1:2001

-badanie zanurzania w roztworze siarczanu magnezu i suszenia wg PN-EN 1367-2:2000 (5 cykli zanurzania w czasie 17 h, cały cykl 48 h), bada się kruszywa od 10mm do 14 mm.

Czynniki wpływające na mrozoodporność kruszyw:

-częstotliwość zamrażania i rozmrażania

-stopień zamrażania i rozmrażania

-stopień nasycenia ziaren kruszywa

-działanie wody morskiej lub środków odladzających

-wytrzymałość ziaren

-rozkład i wielkość porów w kruszywie

-nieciągłości wewnątrz ziaren kruszywa

4. Opisać zjawisko adhezji asfaltu do kruszywa.

ADHEZJA – PRZYCZEPNOŚC ASFALTU DO KRUSZYWA

Przyczepność lepiszczy asfaltowych do powierzchni ziarn kruszywa jest to zdolność związania się lepiszcza z powierzchnią materiału mineralnego.

Rozróżnia się dwa podstawowe rodzaje adhezji:

-mechaniczną (bierną lub względną) – jest zazębienie i zaklinowanie w porach powierzchni materiału mineralnego błonki lepiszcza

-fizykochemiczną (właściwą lub czynną) – związanie błonki lepiszcza bitumicznego z powierzchnią materiału mineralnego, polegające na wzajemnym oddziaływaniu sił przyciągania między cząsteczkami błonki bitumicznej i cząsteczkami powierzchni mineralnej

Adhezję należy rozpatrywać w dwóch formach:

-bez obecności wody, gdy ziarna kruszywa są czyste i niezapylone. Zwilżenie kruszywa zależy wówczas od lepkości asfaltu.

-w obecności wody, sytuacja taka ma najczęściej miejsce w technologiach „na zimno” – lepiszcze „wypiera” wodę z kruszywa.

Rozróżnia się dwa rodzaje adhezji:

-adhezja bierna – oznaczająca zdolność lepiszcza do zwilżania suchego kruszywa, przypadek ten zachodzi podczas wykonywania mieszanek mineralno-asfaltowych metodami ‘na gorąco’

-adhezja czynna oznaczająca zdolność lepiszcza do otaczania wilgotnego kruszywa, sytuacja taka ma najczęściej miejsce w technologiach ‘na zimno’ (przy stosowaniu emulsji asfaltowych)

5. Rola, rodzaje i skutki błędów w dozowaniu wypełniaczy do MMA.

ROLA WYPEŁNIACZA

Wypełniacz spełnia w mieszance mineralno-asfaltowej następujące funkcje:

-usztywnienia asfaltu i wytworzenia wraz z nim jednorodnego mastyksu wiążącego ziarna mieszanki mineralnej, czyli modyfikowania właściwości reologicznych asfaltu

-wypełnienia wolnych przestrzeni między ziarnami mieszanki mineralnej (grysu i piasku)

-zabezpieczenia spójności, wodoszczelności i mrozoodporności mieszanki MA przez polepszenie adhezji asfaltu do powierzchni ziarn mieszanki mineralnej

Możemy wyróżnić następujące rodzaje wypełniaczy:

- wypełniacz wapienny

- wypełniacz mieszany

- wypełniacz dodany

Skutki błędów w dozowaniu wypełczniaczy do MMA

-jeśli w wypełniaczu znajduje się duża liczba ziaren mniejszych od 10 nm, wypełniacz może zachowywać się w mieszance jak nośnik (zwiększacz ilości) lepiszcza, co może skończyć się utratą stabilności warstwy

-nadmierna ilość wypełniacza prowadzi do usztywnienia zaprawy asfaltowej i zwiększenia podatności mieszanki na pęknięcia

-powinowactwo między wypełniaczem a asfaltem ma wpływ na trwałość mieszanki i jej odporność na działanie wody, problem ten najczęściej dotyczy wypełniaczy ze skał kwaśnych, pyłów z odpylania na otaczarni i z kruszyw sztucznych

-właściwe proporcje asfaltu i wypełniacza oraz jego właściwości mają wpływ na urabialność mieszanki i, co za tym idzie, wpływają na jej podatność na zagęszczanie i przepuszczalność.

Nie należy obniżać zawartości wypełniacza poniżej minimalnej zawartości określoną krzywą graniczną na sicie 0,063 mm. Brak wypełniacza odbije się na trwałości MMA zawartości wolnych przestrzeni oraz zwiększeniu ryzyka pojawienia się plam na nawierzchni.

Zwiększenie ilości wypełniacza powoduje zwiększenie lepkości zaprawy co jest korzystne dla zwiększenia odporności mieszanki na deformacje. Nie należy jednak przesadzić z ilością wypełniacza ponieważ jest to prosta droga do przesztywnienia zaprawy asfaltowej i w efekcie spękań. Nadmiar mastyksu w stosunku do wolnego miejsca między grysami powoduje występowanie plam oraz zmniejszenie odporności na deformacje.

Zbyt mała ilość mastyksu to zbyt duża zawartość wolnych przestrzeni w zagęszczonej warstwie, duża nasiąkliwość i wodoprzepuszczalność warstwy w konsekwencji obniżona trwałość.

Zbyt drobny wypełniacz na pewno sprawi kłopoty, absorbuje dużo lepiszcza i może uplastyczniać mieszankę.

Lepiszcza bitumiczne- należą do materiałów wiążących pochodzenia organicznego, których wiązanie i twardnienie jest zjawiskiem fizycznym odwracalnym, polegającym na zmianie kohezji i adhezji lepiszcza przy zmianie temperatury

6. Podział lepiszczy bitumicznych

7. Budowa asfaltu (składniki i ich wpływ na właściwości asfaltu)

Asfalty – informacje ogólne

Lepiszcza bitumiczne- należą do materiałów wiążących pochodzenia organicznego, których wiązanie i twardnienie jest zjawiskiem fizycznym odwracalnym, polegającym na zmianie kohezji i adhezji lepiszcza przy zmianie temperatury

Asfalt jest nielotnym lepkim i wodoodpornym materiałem w kolorze od brązowego do czarnego który w temperaturze otoczenia staje się wyjątkowo gęstopłynny przechodząc prawie do stanu stałego

Asfalty to bardzo złożone mieszaniny węglowodorów wielkocząsteczkowych które zawierają również śladowe ilości siarki tlenu i azotu. Mogą one również zawierać śladowe ilości różnych metali takich jak nikiel żelazo i wanad.

Budowa Asfaltu

Chemiczna budowa asfaltu jest bardzo skomplikowana ale wyodrębniono w nim trzy składniki:

-asfalteny – w asfalcie występują w ilości 5-25% są to czarne lub brązowe ciała stałego o temperaturze mięknienia ok. 150-200^oC; ich zawartość ma bardzo duży wpływ na właściwości asfaltu
-żywice – (od 30 do 45%) stałe lub półstałe ciała koloru brązowego, mają wpływ na zdolności adhezyjne asfaltu oraz jego ciągliwość, od ich proporcji z asfaltenami zależy typ koloidalny asfaltu (zol, żel lub zol-żel)
-oleje – (malteny) są najlżejszą frakcją asfaltu, stanowią fazę rozpraszającą

PRODUKCJA ASFALTU

W większości rafinerii asfalt jest produktem ubocznym przy rafinacji ropy naftowej.

-gaz
-benzyna
-olej napędowy
-oleje
-olej opałowy
-asfalt
-ropa naftowa

8. Podstawowe właściwości asfaltu

PENETRACJA WG PN-EN 1426

Jest miarą konsystencji asfaltu – wyrażona jest jako głębokość, w dziesiętnych częściach milimetra, na jaką wnika pionowo w próbkę badanego materiału znormalizowana igła, w określonych warunkach temperatury, obciążenia i czasu obciążenia.

Dzięki pomiarowi penetracji w 25^oC dokonuje się wg PN-EN 12591:2002 podziału asfaltów na rodzaje np.: 20/30, 35/50, 50/70 itd.

TEMPERATURA MIĘKNIENIA WG PN-EN 1427:2001

Jest umowną granicą przejścia asfaltu ze stanu lepkospręzystego w stan lepki. Temperatura mięknienia asfaltu określona metodą „pierścień i Kula” (PiK ^oC) jest to temperatura , przy której asfalt umieszony w znormalizowanym pierścieniu, ogrzewany w warunkach określonych w normie dotknie podstawy aparatu pod ciężarem stalowej kulki.

TEMPERATURA ŁAMLIWOŚCI WG FRAASSA WG PN-EN 12593

Temperatura łamliwości wg Fraassa jest to najwyższa temperatura, w której warstwa asfaltu nałożona na płytkę stalową, oziębiania ze stałą prędkością, zarysowuje się lub pęka po jej zgięciu.

INDEKS PENETRACJI WG PN-EN 12591:2002

Jest miarą wrażliwości termiczne asfaltu, czyli jak szybko asfalt zmienia swoją twardość podczas zmian temperatury.

PI = $\frac{\mathbf{20 - 500}\mathbf{A}}{\mathbf{1 + 50}\mathbf{A}}$ ; $\mathbf{A =}\frac{\mathbf{\log}\left( \mathbf{\text{PenT}}\mathbf{2} \right)\mathbf{- log(PenT}\mathbf{1)}}{\mathbf{T}\mathbf{2 - T}\mathbf{1}}$

Gdzie:
-PenT₁ – penetracja w temperaturze T₁ (zwykle 15^oC)
-PenT₂ – penetracja w temperaturze T₂ (zwykle 25^oC )
-T₁, T₂ – temperatura penetracji T₂>T₁

Wyniki PI dla asfaltów mogą kształtować się ( w przybliżeniu) od -3 do +3. Należy pamiętać, że im niższy PI, tym asfalt jest bardziej wrażliwy termicznie (szybciej mięknie podczas ogrzewania).

Optymalny zakres PI dla asfaltów drogowych wynosi od -1,0 do +1,0.

LEPKOŚĆ

Jest to opór płynięcia cieczy, inaczej jest to tarcie wewnętrzne między cząsteczkami przy przesuwaniu się jednej warstwy asfaltu względem drugiej. Im wyższa temperatura asfaltu, tym mniejsza jest jego lepkość.

OZNACZENIE LEPKOŚCI DYNAMICZNEJ

Do pomiaru lepkości dynamicznej stosuje się różnego rodzaju lepkościomierze (reometry), pozwalające mierzyć prędkość ścinania pod wpływem naprężenia ścinającego. Stosuje się reometry o współosiowych cylindrach, reometry stożek – płytka lub reometry o płytkach równoległych.

OZNACZENIE LEPKOŚCI KINEMATYCZNEJ

Przy określaniu lepkości kinematyczne oznaczany jest czas, w którym znana objętość cieczy przepłynie przez szklany wiskozymetr kapilarny w stałych kontrolowanych warunkach temperaturowych.

LEPKOŚĆ

Wymagania dotyczące lepkości dynamicznej i kinematycznej asfaltów drogowych wg PN-EN 12591:2002

Rodzaj asfaltu	Zakres penetracji w 25^oC	Minimalna wartość lepkości kinematycznej [mm^2/s]	Minimalna wartość lepkości dynamicznej [Pas]
35/50	35 – 50	370	225
50/70	50 – 70	295	145
70/100	70 – 100	230	90
160/220	160 - 220	135	30

9. Karta jakości BTC

jest to karta jakości asfaltu (Bitumen Test Data Chart), nomogram do oznaczania właściwości reologicznych asfaltu. Karta BTDC została opracowana na podstawie analizy współzależności lepkości i penetracji w funkcji temperatury z zastosowaniem równania WFL i przy przyjęciu temperatury T_800Pen jako temperatury z referencyjnej, w której lekkość asfaltu wynosi przeciętnie 1300 Pa • s. Na podstawie wykresu BTDC można określić:

• Temperaturę łamliwości (przecięcie prostej penetracji z poziomą linią penetracji 1.25x0, 1 mm);

• Temperaturę T_800Pen (przecięcie prostej penetracji z poziomą linią penetracji 800x0, 1 mm);

• Klasę asfaltu (S-podestylacyjne, B-utlenione, W-parafinowe);

• Wartość indeksu penetracji (przesunięcie prostej penetracji);

• Temperatury technologiczne (otoczania 0, 2 Pa • s, pompowania 2 Pa • s, końcowej fazy zagęszczania 20 Pa • s.

Na podstawie wykresu BTDC można ocenić zachowanie się asfaltu w pełnym zakresie temperatur technologicznych nawierzchni, tj. od −30 do 80C oraz temperatur technologicznych od 90 do 200C.

10. Rodzaje i przeznaczenie asfaltów specjalnych.

ASFALTY KOLOROWE

Kolorowe nawierzchnie asfaltowe stosowane są w budownictwie drogowym od lat 60-tych. Konwencjonalny czarny asfalt można było zabarwić jedynie na kolor czerwony. Uzyskanie innych barw wymagało opracowania lepiszcza bezbarwnego, które dałoby się zabarwić poprzez dodanie pigmentów. Obecnie na rynku jest wiele produktów.

Kolorowe lepiszcza przeznaczone są do cienkich warstw ścieralnych nawierzchni dróg. Wpływają one bardzo korzystnie na estetykę otoczenia, poprawę bezpieczeństwa ruchu oraz obniżają temperaturę nawierzchni. Przeznaczenie:

Ścieżki rowerowe, place zabaw, kładki dla pieszych, postoje dla taksówek, boiska sportowe, drogi ratownicze

ASFALTY WIELORODZAJOWE (MULTIGRADE)

Idealny asfalt powinien charakteryzować się dużą sztywnością w wysokich temperaturach oraz małą sztywnością (czyli elastycznością) w temp. Ujemnych

Asfalt wielorodzajowy (multigrade), swoje właściwości zawdzięcza m. In. odpowiedniej selekcji składników do produkcji.

Cechą charakterystyczną asfaltów wielorodzajowych jest:

- dodatnia wartość Indeksu Penetracji, co oznacza bardzo małą wrażliwość temperaturową
- wysoką lepkość
- wysoko temperatura pięknienia
- niska temperatura łamliwości

ASFALTY NISKOTEMPERATUROWE

Są to asfalty drogowe zawierające dodatkowe składniki obniżające lepkość asfaltu w wyższych temperaturach

Niewielki dodatek wosku obniża lepkość asfaltu w temperaturze powyżej 130 C z jednoczesnym zwiększeniem lepkości w temp eksploatacyjnych nawierzchni co sprzyja zwiększeniu odporności nawierzchni na deformacje trwałe

W konsekwencji można obniżyć temp produkcji i wbudowywania mieszanki mineralno-asfaltowej o 10-30C co sprzyja oszczędnościom energetycznym podczas produkcji oraz obniża emisję gazów z asfaltu.

Wadą jest niższa trwałość w porównaniu do technologii ,,na gorąco”

NAWIERZCHNIE WMA

Technologie na ciepło (WMA – ang. Warm Mix Asphalt) można podzielić na dwie grupy:

- modyfikacja lepiszcza asfaltowego, w efekcie której obniża się jego lepkość (parafiny, estry olejów roślinnych, rozpuszczalniki organiczne) w takim przypadku temperatura produkcji mieszanek zawiera się w przedziale około 120-140 ^oC

- modyfikacja procesu technologicznego poprzez spienianie asfaltu, bądź wprowadzanie dwustopniowego mieszania z asfaltami o różnej twardości

ZALETY NAWIERZCHNI WMA

- obniżenie temperatur technologicznych – obniżenie temperatury produkcji mieszanki o 30C – oszczędność energii od 25% do 30
- zmniejszenie zużycia energii (paliwa)
- mniejsza uciążliwość dla środowiska (zmniejszenie emisji gazów CO2 ,SO2 i pyłów)
- zmniejszenia starzenia technologicznego asfaltu
- zwiększenie urabialności mieszanki
- możliwość stosowania kruszywa bez suszenia
- poprawa warunków zagęszczania – zagęszczanie warstw rozpoczyna się zaraz po wymieszaniu składników
- skrócenie czasu oczekiwania na oddanie do ruchu
- możliwość wykonywania robót w niższej temperaturze
- wydłużenie sezonu robót asfaltowych

ASFALT SPIENIONY

W technologii asfaltu spienionego dodaje się małą ilość wody do asfaltu, która gwałtownie zamienia się w parę (temperatura asfaltu powyżej 150C)W konsekwencji asfalt tworzy „pianę” asfaltową o niskiej lepkości i zwiększa swoją objętość nawet 15-krotnie.W tym stanie asfalt pozostaje mniej niż minutę po czym wraca do stanu pierwotnego. W tym krótkim czasie piana asfaltowa musi zostać zmieszana z kruszywem.

Spienienie asfaltu wykorzystywane jest do uzyskania odpowiednio niskiej lepkości asfaltu potrzebnej do otoczenia kruszywa w niższej temperaturze o 30 ^oC i lepszą urabialność mieszanki

ASFALT Z DODATKIEM GUMY

Miał oraz granulat gumowy powstałe z recyklingu odpadów gumowych w postaci zużytych opon samochodowych znalazły zastosowanie jako modyfikatory właściwości mieszanek mineralno –asfaltowych

Miał gumowy wprowadzany do asfaltu:

- zwiększa jego elastyczność i trwałość

- zmniejsza odbijanie światła

- zapewnia drobną adhezję i kohezję

- zmniejsza hałas od ruchu pojazdów

- poprawia właściwości przeciwpoślizgowe nawierzchni

- poprawia ścieralności nawierzchni]

- zwiększa odporność na pęknięcia

-zwiększa odporność na okleinowanie

ASFALTY NATURALNE

Asfalt naturalny jest to występujący w przyrodzie asfalt w stanie czystym lub prawie czystym (z domieszkami mineralnymi) w kraterach wygasłych wulkanów lub w postaci żył w pokładach geologicznych względnie jako skały nasycone asfaltem.Zawartość czystego asfaltu w asfalcie naturalnym może wynosić od 99% (złoża w Syrii) do 60-80% (Ameryka Północna).

Różna może być również konsystencja asfaltów naturalnych od miękkich i ciągliwych do twardych i kruchych. Prawie wszystkie asfalty naturalne mają zastosowanie w budownictwie drogowym.

Gilsonit jest naturalnym stałym węglowodorem wydobywanym w kopalniach na wschodzie stanu Utah w USA. Z wyglądy przypomina węgiel lub twardą skałę asfaltową jest kruszy różnymi metodami przemysłowymi.

Dodatek Gilsonitu około 10% do miękkiego asfaltu obniża jego penetrację i podwyższa temperaturę pięknienia w efekcie uzyskuje się mieszanki MA o zwiększonej odporności na deformacje trwałe.

EMULSJA ASFALTOWA

Emulsją nazywamy układ dwufazowy złożony z dwu nierozpuszczających się wzajemnie cieczy, z których jedna rozproszona jest w drugiej w postaci małych kropelek. Emulsja asfaltowa składa się z asfaltu i wody.Podczas stosowania emulsji asfaltowej następuje jej rozpad z rozdzieleniem na fazę asfaltową i wodną. Asfalt wówczas zaczyna pełnić swą właściwą rolę lepiszcza, a wydzielona z rozpadu emulsji woda odparowuje z mieszanki mineralno- asfaltowej, bądź ze skropionego emulsją podłoża.

ASFALTY UPŁYNIONNE

Asfalty upłynnione stanowią roztwór asfaltów średniej twardości w lotnych lub średniolotnych rozpuszczalnikach organicznych. Wiązanie asfaltu upłynnionego polega na odparowaniu rozpuszczalniku po czym pozostały asfalt uzyskuje konsystencję zbliżoną do wyjściowej.Obecnie ze względu na ochronę środowiska oraz ekonomię procesów technologicznych ogranicza się stosowanie asfaltów upłynnionych zastępując je emulsjami

11. Rodzaje emulsji asfaltowych.

Emulsją nazywamy układ dwufazowy złożony z dwu nierozpuszczających się wzajemnie cieczy, z których jedna rozproszona jest w drugiej w postaci małych kropelek. Emulsja asfaltowa składa się z asfaltu i wody.

Ciecz rozproszona w drugiej nazywa się fazą rozproszoną lub zdyspergowaną nieciągłą (asfalt)

Ciecz, w której zawieszone są kropelki fazy rozproszonej nazywa się fazą rozpraszającą lub ciągłą (woda).

Emulsje asfaltowe można podzielić ze względu na :

- zawartość asfaltu

-rodzaj lepiszcza

-do produkcji emulsji asfaltowych stosowane są asfalty drogowe o penetracji 35-0,1xmm do 250-0,1xmm

-do powierzchnowych utrwaleń zalecany jest asfalt o penetracji około 130-0,1xmm

- do złączeń międzywarstwowych zalecany jest asfalt o penetracji poniżej 100-0,1xmm

OZNACZENIA:

C 60 B 5 RC

C-kationowa emulsja asfaltowa
60- zawartość lepiszcza
B – informacja o rodzaju lepiszcza

B- asfalt drogowy

P- dodatek polimerów

F- dodatek upłynniacza większy niż 2%(m/m)

5 – klasa indeksu rozpadu
RC- zastosowanie

ZM- do złączania warstw
RC – do remontów cząstkowych
PU- do powierzchniowych utrwaleń
CWZ – do cienkich warstw na zimno
ME- do mieszanek mineralno – emulsyjnych
R – do mieszanek mineralno-cementowo-emulsyjnych

12. Moduł sztywności

ASFALT W PRAKTYCE

Asfalt jest materiałem termoplastycznym – mięknie podczas podgrzewania i twardnieje podczas chłodzenia.

Zachowanie asfaltu w różnych temperaturach można podzielić na trzy stany (tzw. Stany reologiczne):

-Stan I – sprężysty
-Stan II – lepko-sprężysty
-Stan III – lepki

Zakres temperaturowy pracy asfaltu w nawierzchni mieści się głównie w stanie II: lepko-sprężystym.

MODUŁ SZTYWNOŚCI

Stosunek naprężenia do odkształcenia nazywany jest modułem sprężystości Younga E. Podczas rozciągania występuje zależność:

E=σ/ε

Gdzie:

-E – moduł sprężystości Younga [MPa]
-σ – naprężenie (siła działająca na powierzchnię) [MPa]
-ε – odkształcenie (stosunek delta l /l czyli wydłużenie jednostkowe) [-]

W związku z tym, że moduł sprężystości E nie mógł być wprost zastosowany do materiałów o lepko-sprężystych właściwościach wprowadzono pojęcie modułu sztywności S. Różnice są następujące:
-moduł sztywności S zależy od temperatury
-moduł sztywności S zależy od czasu obciążenia

Moduł sztywności [MPa] zależny od temperatury T i czasu obciążenia i wyznacza się go z zależności:

S_(T,t) = σ / ε_(T,t)

Gdzie:

- S – moduł sztywności zależny od temperatury T i czasu obciążenia t [MPa]
- σ – naprężenie [MPa]
- ε – odkształcenie zależne od temperatury T i czasu obciążenia t [-]

Wraz ze wzrostem temperatury lub wzrostem długości czasu obciążenia moduł sztywności asfaltu oraz mieszanek mineralno-asfaltowych maleje.

Idealny asfalt powinien charakteryzować się wysoką sztywnością w wysokich temperaturach oraz niską sztywnością (czyli elastycznością) w temperaturach ujemnych.

Krzywa modułu sztywności S w swoich ekstremalnych pozycjach zbliża się do asymptot sprężystości i lepkości.

*Zbliżenie do asymptoty sprężystości zachodzi w bardzo niskich temperaturach lub podczas bardzo krótkich czasów obciążeń.

*Zbliżenie do asymptoty lepkości zachodzi w wysokich temperaturach lub podczas długich czasów obciążeń.

W bardzo niskiej temperaturze moduł sztywności asfaltu jest w przybliżeniu równy modułowy sprężystości (S=E).

Badaniem wpływu obciążeń na zachowanie się różnych materiałów z uwzględnieniem czasu trwania tych obciążeń, zajmuje się nauka zwana reologią.

Cechy reologiczne ciała nazywa się parametrami reologicznymi.

Do oceny lepko sprężystych właściwości asfaltu wykorzystuje się dwie główne cechy reologiczne : lepkość i sprężystość (moduł sztywności), wykorzystuje się również badania konsystencji i kohezji (penetracja, temperatura mięknienia, ciągliwość), pozwalające ocenić wrażliwość temperaturową.

Do opisu właściwości reologicznych asfaltu konieczna jest znajomość więcej niż jednego parametru dlatego też asfalty i mieszanki mineralno-asfaltowe są złożonymi ciałami reologicznymi.

Charakterystyczną cechą materiałów lepko-sprężystych jest zjawisko pełzania i relaksacji.

13. Zjawisko starzenia się asfaltu

ZJAWISKO STARZENIA ASFALTU

Podczas przechowywania asfaltu w zbiorniku, wytwarzania i wbudowywania mieszanki mineralno-asfaltowej, a w końcu, przez długie lata, w warstwie asfaltowej nawierzchni zachodzą różne procesy polegające na:

-odparowanie frakcji olejowych

-przyspieszone utlenianie asfaltu (dzięki dostępowi powietrze), a w konsekwencji zmiana wzajemnych proporcji składników asfaltu. Im wyższa temperatura, tym dzieje się to szybciej.

Na skutek starzenia asfalt twardnieje (zwiększa swoją sztywność), a to znaczy że:

-spada jego temperatura
-wzrasta temperatura pięknienia
-wzrasta (pogarsza się) temperatura łamliwości
-zmniejsza się ciągliwość
-wzrasta lepkość

Wyróżniamy następujące rodzaje starzenia asfaltu:

-starzenie technologiczne (krótkoterminowe) – starzenie podczas mieszania asfaltu z gorącym kruszywem w mieszalniku otaczarki. Temperatura jest wtedy najwyższa a warstwa asfaltu na kruszywie – najcieńsza. Wtedy odparowanie frakcji olejowych i utlenianie zachodzą najszybciej i są największe. Właśnie dlatego przepisy zabraniają nadmiernego przegrzewania mieszanki mineralno – asfaltowej

- starzenie eksploatacyjne (długoterminowe) - zachodzi podczas eksploatacji nawierzchni asfaltowych i polega na oddziaływaniu tlenu, promieni UV oraz substancji zawartych w wodach opadowych. Starzenie eksploatacyjne powoduje stopniową zmianę właściwości asfaltu w ciągu wielu lat użytkowania nawierzchni.

- starzenie fizyczne „physical hardening” jest wynikiem procesu długotrwałego oddziaływania niskiej temperatury na asfalt – jest to czynnik odwracalny. Spadek temperatury otoczenia powoduje skurcz asfaltu oraz zmianę jego objętości, zwiększenie sztywności i kruchości asfaltu, prowadzący do spękań termicznych nawierzchni.

Znanych jest kilka testów laboratoryjnych symulujących starzenie asfaltu:

- test :odparowania w grubej warstwie” zapisany w starej polskiej normie. Dziś go nikt już nie stosuje

- Test TFOT „odparowania w cienkiej warstwie” (PN-EN 12607-2:2002 (U)) był i jest dość popularny. Polega na wygrzewaniu warstwy asfaltu o grubości 3 mm w temperaturze 163^oC przez 5 godzin

- Test RTFOT „odparowania w cienkiej wirowanej warstwie’ jest ulepszeniem testu TFOT (warstwa asfaltu przepływa podczas testu wewnątrz szklanych pojemników w suszarce); jest to najpopularniejsza obecnie metoda, zarówno w Europie jak i w USA

-Test RFT „odparowania w kolbie obrotowej” (PN-EN 12607-1:2002 (U)) jest wariantem testu RTFOT i uznawany jest za test jemu równoważny

Indeks Starzenia IS – określa wpływ starzenia na parametry asfaltu by go wyznaczyć należy zbadać lepkość asfaltu w temperaturze 60C i po starzeniu (test TFOT lub RTFOT)

IS^RTFOT=n^RTFOT/n⁶⁰

Wartość tego indeksu powinna być mniejsza od 4,0(dla ISRTFOT) IS=1 oznacza, że asfalt wcale się nie utwardził (nie zmieniła się jego lepkość) podczas próby starzenia.

Z pewnych względów niewielki, określony poziom starzenia jest korzystny ze względów technologicznych:

- jeżeli graniczna temperatura końca efektywnego zagęszczania byłaby zbyt niska to zbliżyłaby się do temperatury powierzchni nawierzchni podczas upalnego lata (60-70^oC) (koleiny

- walce jeździłyby tak długo po „ruchliwej” masie, aż jej temperatura spadałaby do równoważnej ok. 20 Pas, mogłoby to trwać dość długo, szczególnie w gorący dzień

14. Rodzaje dodatków i modyfikatorów asfaltów oraz cele ich stosowania.

DODATKI DO ASFALTÓW

DODATEK CZY MODYFIKATOR?

Asfalt modyfikowany to asfalt, którego właściwości reologiczne zostały zmodyfikowane w procesie produkcji w wyniku użycia jednej substancji chemicznej lub większej ich liczby.

Do substancji będących modyfikatorem asfaltów zalicza się:
- kauczuk naturalny
- syntetyczne polimery
- siarkę
- związki metaloorganiczne

Modyfikatorami nie są:
- tlen i katalizatory utleniania (chlorek żelaza, kwas fosforowy, pięciotlenek fosforu)
- włókna
- proszki nieorganiczne („wypełniacze”)

IDEA

Korzystne jest aby zakres lepko sprężystości asfaltu był na tyle szeroki, by w ekstremalnych temperaturach w czasie eksploatacji nawierzchni, w której asfalt został zastosowany, nie zmieniał on swojego stanu reologicznego.

Dążąc do uzyskania optymalnych właściwości asfaltu, należy wziąć pod uwagę te właściwości asfaltu, które wpływają na cechy użytkowe nawierzchni:
- odporność na okleinowanie
- wytrzymałość zmęczeniową
- odporność na pękanie
- trwałość

WYMAGANIA

Dodatek lub modyfikator musi spełniać wiele warunków, takich jak:
- dostępność w handlu
- efektywność ekonomiczna stosowania
- odporność na degradację podczas mieszania z asfaltem lub mieszanką mineralno – asfaltową
- mieszalność z asfaltem
- poprawienie właściwości asfaltu w wysokich temperaturach, przy jednoczesnym umożliwieniu właściwego otaczania kruszywa i zagęszczenia oraz zapobieganie kruchości asfaltu w niskich temperaturach
- utrzymywanie polepszonych właściwości po wymieszaniu z asfaltem podczas przechowywania, zastosowania i podczas eksploatacji na drodze
- możliwość wykorzystywania standardowego sprzętu
- stabilność w układzie z asfaltem podczas przechowywania

RODZAJE :

ŚRODKI ADHEZYJNE

Do polepszania „związania” asfaltu i kruszywa stosuje się tzw. środki adhezyjne. Są to związki powierzchniowo- czynne (substancje, które zmieniają chemiczno – fizyczny charakter kontaktu między kruszywem a asfaltem, ponieważ zmniejszają napięcie powierzchniowe asfaltu, poprawiając zwilżalność kruszywa asfaltem)

POLIMERY – TWORZYWA SZTUCZNE

Do modyfikacji asfaltów i mieszanek mineralno – asfaltowych są wykorzystywane następujące rodzaje polimerów:
- plastomery
- elastomery
- kompozyty elastomerów i plastomerów

ELASTOMERY

Elastomery jak sama nazwa wskazuje są tworzywami sztucznymi mającymi właściwości elastyczne czyli sprężyste.
Właściwości te po zastosowaniu są przekazywane (w jakimś stopniu) asfaltów lub mieszance mineralno – asfaltowej
Elastomery poprawiają właściwości asfaltu zarówno w wysokich temperaturach (T_PiK, Pen, lepkość) jak i w niskich (T_frass, ciągliwość).

ELASTOMERY TERMOPLASTYCZNE SBS

Elastomery SBS (Styren – Butadien – Styren0) należą do grupy kopolimerów blokowych styrenu i butadienu, czyli inaczej mówiąc składają się z bloków polistyrenu połączonych łańcuchem polibutadienu.

Polibutadien jest jednym z najbardziej sprężystych materiałów, jakie są produkowane. Jego elastyczność znacznie przewyższa elastyczność kauczuku naturalnego.

Polistyren jest twardy, jednak powyżej temp. ok. 100C mięknie by po ochłodzeniu znów stwardnieć. A więc- sprężysty i twardy

ELASTOMERY TERMOPLASTYCZNE

Technologia produkcji pozwala na tworzenie różnych typów SBS linowych lub wieloramiennych np. o strukturze promienistej (radialnej). Powstały elastomer ma właściwości termoplastyczne tzn. mięknie po ogrzaniu i twardnieje po schłodzeniu.

MODYFIKACJA ASFALTU

Zmiana właściwości asfaltu po dodaniu elastomeru oraz proces jego połączenia z asfaltem nazwany jest modyfikacją.

Technologia ta polega n osiągnięciu takiego rozproszenia SBS w asfalcie aby powstała mieszanina była jednorodna, a wewnątrz asfaltu powstała fizyczna sieć SBS.

Proces produkcji asfaltu modyfikowanego składa się z trzech faz:

Faza I: dozowanie – podanie odpowiedniej ilości elastomeru do asfaltu o temp ok. 180-190C W tak wysokiej temp. SBS zaczyna stopniowo pęcznieć , ponieważ frakcje ciekłe asfaltu zaczynają wnikać w głąb powierzchni

Faza II: rozpuszczanie – w wyniku mieszania następuje rozpuszczenie SBS do poziomu pojedynczych molekuł. Proces ten może być znacznie przyśpieszony przez zastosowanie młyna ścinającego w którym następuje szybki rozdrobnienie polimeru. Przepuszczenie asfaltu z SBS przez młyn może być wielokrotne

Faza III: dojrzewanie i sieciowanie – po wyjściu z młyna ścinającego mieszanina asfaltu z rozdrobnionym SBS przechowywana jest w podgrzewanych zbiornikach w których następuje dojrzewanie produktu

Gotowy produkt jakim jest asfalt modyfikowany, charakteryzuje się odwracalnym procesem sieciowania, to znaczy, że przy ponownym rozgrzewaniu, nastąpi rozpad sieci (domeny styrenu zmiękną i rozpadną się), a podczas ochładzania nastąpi ich odbudowa

PLASTOMERY

Działanie ich polega głównie na zwiększaniu lepkości asfaltu. Wraz ze zwiększeniem lepkości (a w konsekwencji sztywności w wysokich temp) nie uzyskuje się znacznego zwiększenia elastyczności w niskich temperaturach. Dlatego też najistotniejszą zaletą plastomerów jest polepszanie odporności nawierzchni na koleinowanie.

Plastomery nie tworzą sieci wewnątrz asfaltu (tak jak elastomery), lecz rozpuszczają się w nim tworząc układ rozproszony. Plastomery nie nadają asfaltom tak silnych cech sprężystych jak elastomery.

KOMPOZYTY ELASTOMERÓW I PLASTOMERÓW

Ze względu na wysoki koszt czystych elastomerów, dostępne są również polimery będące kompozytem elastomerowo – plastomerowym. Zachowują one część zalet elastomerów (sprężystość) oraz plastomerów (zwiększenie lepkości)

Kompozyty są tańszym rozwiązaniem (o ok. 30-50% niż czyste elastomery stosuje się je czasami w metodzie bezpośredniej.

STABLIZATORY MMA

Rolą stabilizatora jest utrzymanie nadmiary mastyksu na grubych ziarnach kruszywa i niedopuszczenie do jego spłynięcia podczas przechowywania MMA w silosie oraz podczas transportu na budowę. Bez stabilizatora wyprodukowanie poprawnego SMA jest bardzo trudne.

Efekt stabilizacji można osiągnąć 3 metodami:
- zastosowanie asfaltu o dużej lepkości (modyfikowanego w wysokiej temp wyższa lepkość asfaltu powoduje mniejszą podatność mastyksu na spływanie z kruszywa (rzadko spotykana metodami – zbyt ryzykowna)
- zastosowanie stabilizatora, który fizycznie „wchłonie i zwiąże” część asfaltu, zmniejszając tym samym ilość „wolnego i nie związanego” asfaltu w mieszance
- zastosowanie kombinacji 2 ww. metod

STABLIZATORY Z WŁOKIEN CELULOZOWYCH

Włókna celulozowe należą do najbardziej rozpowszechnionych stabilizatorów – bardzo dobrze rozprowadzają się w mieszance i skutecznie chłoną asfalt.

Możemy wyróżnić 2 rodzaje włókien celulozowych do mieszanek:
- włókna celulozowe luzem
- włókna celulozowe granulowane (otoczone olejami, woskami, asfaltem)

STABILIZATORY Z WŁÓKIEN MINERALNYCH

Stabilizatory te są produkowane w procesie topienia i wyciągania skał. Jakość stabilizatora zależy od technologii produkcji i rodzaju surowca.

Prowadzone badania wskazują, że włókna mineralne mogą tworzyć wewnątrz mieszanki dodatkowe „zbrojenie”, wzmacniające nawierzchnie.

STABILIZATORY Z ODPADÓW WŁOKIENNICZNYCH

Odpady powstające podczas produkcji tkanin lub wyrobów skórzanych. Należy zwracać uwagę na odpowiednie rozdrobnienie odpadów, tak aby nie przeciwdziałały klinowaniu się szkieletu MMA.

Zawartość i sposób stosowania podobny jak w przypadku włókien celulozowych, należy jednak wykonać test spływności Schellenberga.

STABILIZATORY Z WŁÓKIEN SZKLANYCH

Spełniają podobną rolę jak włókna mineralne.
Ze względu na zróżnicowaną zdolność wchłaniania lepiszcza przed podjęcie decyzji o ich zastosowaniu, należy wykonać test Schellenberga.

ŻYWICE SYNTETYCZNE

Zastosowanie żywic syntetycznych ma na celu podwyższenie lepkości asfaltu w wysokich temp (odporności nawierzchni na koleinowanie).

Wpływa również na zwiększenie sztywności asfaltu w niskich temp, co grozi pojawieniem się spękań. Stąd też stosowanie żywic, jako samodzielnego dodatku do asfaltu, jest bardzo ograniczone.

Shell wynalazł asfalt z dodatkiem żywic, który podwyższa lepkość nie tracąc przy tym właściwości zmęczeniowych (Shell Epoxy Asphalt).

ASFALTENY

Asfalteny są jedną z frakcji asfaltu. Wydzielone z asfaltu są ciałami stałymi o temp pięknienia 150-200^oC. Prowadzone badanie wykazały, że dodatek asfaltenów:

- obniża penetrację i podwyższa temp mięknienia PiK
- pogarsza temp łamliwości wg Frassa
- nie zmienia indeksu penetracji
- korzystnie wpływa na inne właściwości MMA (wytrzymałość na zmęczenie, ściskanie i odporność na koleinowanie)

W Polsce nie stosuje się obecnie asfaltów i MMA z dodatkiem asfaltenów.

SIARKA

Siarka jako dodatek miała swój „złoty czas” na przełomie lat 70/80. Stwierdzono wtedy, że wprowadzenie siarki do asfaltu wpływa na:

- obniżenie lepkości asfaltu w zakresie temp od 119-157C co ułatwia otaczanie asfaltem kruszywa i umożliwia produkcję mieszanek w niższej temperaturze.
- poprawia przyczepność asfaltu do kruszywa
- korzystnie zmienia Indeks Penetracji PI (mniejsza wrażliwość temp)

Nie stosuje się już siarki ze względów ekologicznych!!!

WAPNO HYDRATYZOWANE

Celem stosowania wapna (jako składnik wypełniacza 10-20%) jest polepszenie powinowactwa (adhezji), między asfaltem a kruszywem, a w konsekwencji zwiększenie trwałości nawierzchni. Dodatek wapna do MMA ma następujący wpływ na jej właściwości:

- przeciwdziała odmywaniu asfaltu z kruszywa przez wodę
- zmniejsza stopień starzenia (utwardzenia) asfaltu w MMA
- zwiększa sztywność MMA, co korzystnie wpływa na odporność nawierzchni na deformację przy czym nie następuję zwiększenie podatności na pękanie
- polepszenie trwałości zmęczeniowej MMA i odporności na pękanie niskotemperaturowe
- obserwowano także zdolność wapna do przeciwdziałania pęcznieniu MMA zawierających kruszywa ze związkami ilastymi i gliniastymi

MIAŁ GUMOWY

Miał oraz granulat gumowy powstaje z recyklingu odpadów gumowych w postaci zużytych opon samochodowych znalazł zastosowanie jako modyfikatory właściwości MMA.

Miał gumowy wprowadzony do asfaltu:
- zwiększa jego elastyczność i trwałość
- zmniejsza odbijanie światła
- zapewnia dobrą adhezję i kohezję
- zmniejsza hałas od ruchu pojazdów
- poprawia właściwości przeciwpoślizgowe nawierzchni
- poprawia ścieralność nawierzchni
- zwiększa odporność na pęknięcia
- zwiększa odporność na koleinowanie

Gumę do MMA wprowadza się 2 metodami:

-metoda na sucho (granulat drobny jako modyfikator lub granulat grubszy zastępujący drobne frakcje kruszywa
-metoda na mokro (granulat drobny jako modyfikator asfaltu)

ASFALTY NATURALNE

Asfalt naturalny jest to występujący w przyrodzie asfalt w stanie czystym lub prawie czystym (z domieszkami mineralnymi) w kraterach wygasłych wulkanów lub w postaci żył w pokładach geologicznych względnie jako skały nasycone asfaltem.

Zawartość czystego asfaltu w asfalcie naturalnym może wynosić od 99% (złoża w Syrii) do 60-80% (Ameryka Północna).

Różna może być również konsystencja asfaltów naturalnych od miękkich i ciągliwych do twardych i kruchych. Prawie wszystkie asfalty naturalne mają zastosowanie w budownictwie drogowym.

W budownictwie ogólnym znalazły zastosowanie twarde odmiany tych asfaltów, stosowane do wyrobu lakierów i jako domieszki zwiększające twardość asfaltów ponaftowych.

Asfalt naturalny Trynidad Epure stosuje się do MMA rodzaju, asfalt lany i beton asfaltowy w ilości 20-35% w stosunku do masy asfaltu (powoduje zmniejszenie wrażliwości termicznej asfaltu).

15. Asfalty modyfikowane ( rodzaje i właściwości )

ASFALTY MODYFIKOWANE POLIMERAMI

POLIMEROASFALTY

Mamy dwa główne rodzaje polimeroasfaltów:

• elastomeroasfalty - asfalty modyfikowane polimerami z grupy elastomerów np. SBS, tworzą wewnątrz asfaltu przestrzenną sieć (tzw. sieciowanie fizyczne),

• plastomeroasfalty - asfalty modyfikowane polimerami z grupy plastomerów takie jak polipropylen czy polietylen, rozpuszczają się w asfalcie, nie tworząc sieci ale zwiększając lepkość.

Właściwości polimeroasfaltu zależą od:

• rodzaju i ilości zastosowanego polimeru,

• parametrów asfaltu bazowego (należy pamiętać o tym, że z asfaltu zwykłego (bazowego) o słabych właściwościach nie zrobimy żadnego cudownego lepiszcza!.

Według normy PN-EN 14023 polimeroasfalty oznacza się następująco:

PMB X/Y-Z

w której:

X – dolna granica penetracji w 25°C [0,1 mm] wg PN-EN 1426,

Y – górna granica penetracji w 25°C [0,1 mm] wg PN-EN 1426,

Z – dolna granica temperatury mięknienia (PiK) [°C] wg PN-EN 1427.

PMB – przedrostek pochodzi od „polymer modified bitumen”, zostanie

zastąpiony nazwą handlową producenta.

Gotowy produkt, jakim jest asfalt modyfikowany, charakteryzuje się odwracalnym procesem sieciowania, to znaczy, że przy ponownym rozgrzewaniu nastąpi rozpad sieci (domeny styrenu zmiękną i rozpadną się), a podczas ochładzania nastąpi ich odbudowa.

KONSYSTENCJA I WRAŻLIWOŚĆ TERMICZNA

Porównanie asfaltów drogowych zwykłych i modyfikowanych w zakresie penetracji w 25ºC i temperatury mięknienia TPiK.

KOHEZJA

Odpowiednio wysoka kohezja asfaltu pozwala mu przenieść siły rozciągające, dzięki czemu nawierzchnia jest odporna na spękania. Podstawowym badaniem charakteryzującym kohezję lepiszczy asfaltowych są badania ciągliwości z pomiarem siły rozciągającej oraz

rozciągania bezpośredniego.

Badanie wykonuje się w specjalnym urządzeniu, nazywanym duktylometrem.

Kohezja elastomeroasfaltów jest większa niż asfaltów zwykłych. Szczególnie widoczne jest to w niskich temperaturach badania, np. 5°C. co zmniejsza ryzyko spękań nawierzchni z asfaltem modyfikowanym.

Elastomer działa prawie tak, jak tradycyjne stalowe zbrojenie betonu - przede wszystkim „na rozciąganie”.

ADHEZJA I SPRĘŻYSTOŚĆ

Po modyfikacji adhezja asfaltu do kruszyw poprawia się w różnymstopniu zależnym od rodzaju polimeru. W przypadku elastomeroasfaltów, poprawa adhezji wyrażona wynikiem testu „gotowania” (adhezja bierna) wyniesie od 10 do 80%.

Elastomery (dzięki działaniu łańcuchów polibutadienu) po sieciowaniu nadają asfaltowi właściwości sprężyste. Ma to szczególne znaczenie w przypadku nawierzchni nietypowych jak nawierzchnie mostowe lub ultracienkie nawierzchnie podatne.

WYTRZYMAŁOŚĆ ZMĘCZENIOWA

Wytrzymałość zmęczeniową określa się liczbą cykli obciążenia (naprężenia lub odkształcenia), jaką może przenieść nawierzchnia zanim pęknie.

• elastomeroasfalty charakteryzują się lepszą kohezją, a co za tym idzie większą wytrzymałością na rozciąganie,

• sprężystość elastomeroasfaltów ogranicza ryzyko spękań i pozwala na „powrót” do pierwotnej postaci asfaltu,

Dzięki temu mają one lepszą wytrzymałość zmęczeniową niż zwykłe asfalty.

STARZENIE

Temperatury technologiczne polimeroasfaltów są wyższe od zwykłych asfaltów stąd obawa o nadmierne starzenie.

Podczas modyfikacji elastomerem elastomer pęcznieje zwiększając swoją objętość do 9 razy, pochłaniając głównie część frakcji ciekłych asfaltu (pochłania część tego, co mogłoby odparować).

Po starzeniu:

• indeks penetracji PI polimeroasfaltów zwiększa się tak, jak asfaltów zwykłych,

• spadek penetracji elastomeroasfaltów jest mniejszy niż zwykłych asfaltów,

• po starzeniu następuje wzrost temperatury mięknienia TPiK

STABILNOŚĆ POLIMEROASFALTÓW

Podczas transportu i na WMB może odtworzyć się stan niejednorodny mieszaniny, co będzie miało negatywny wpływ na właściwości polimeroasfaltu.

Jeśli w zbiorniku nie ma efektywnego mieszania to:

• cięższe składniki polimeroasfaltu (asfalteny+oleje) opadają na dno zbiornika, tworząc w skrajnym przypadku (awaria) twardy i kruchy tzw. „koks”,

• lżejsze składniki polimeroasfaltu (polimer+olęje) wypływają na górę, tworząc w skrajnym przypadku (awaria) mocno elastyczny „korek”.

Usunięcie takiego niestabilnego polimeroasfaltu ze zbiornika jest kłopotliwe (nowy zbiornik lub 25 tys euro).