ZASTOSOWANIE ASFALTÓW NATURALNYCH DO PRODUKCJI MIESZANEK MINERALNO-ASFALTOWYCH. Dr inż. Robert Jurczak Dr inż. Paweł Mieczkowski

Transkrypt

1 ZASTOSOWANIE ASFALTÓW NATURALNYCH DO PRODUKCJI MIESZANEK MINERALNO-ASFALTOWYCH Dr inż. Robert Jurczak Dr inż. Paweł Mieczkowski

2 Wymagania stawiane nawierzchniom nawierzchnia ma być bezpieczna i zapewnić właściwy komfort jazdy (szorstkość, równość i hałas), nawierzchnia ma być trwała (nośność, odporność na deformacje, odporność na zmęczenie, odporność na spękania i odporność na starzenie). Jakość użytego lepiszcza w mieszankach ma decydujące na znaczenie przede wszystkim na czas użytkowania gotowej nawierzchni asfaltowej (trwałość). 2

3 Korzyści wynikające ze stosowania asfaltu naturalnego w mieszankach mineralnoasfaltowych zwiększenie odporności na deformacje trwałe i odporności na zmęczenie, znaczna poprawa urabialności i zagęszczenia, optymalizacja strukturalnych właściwości asfaltów (mniejsza kruchość i większa odporność na starzenie), poprawa przyczepności lepiszcza do materiału mineralnego. 3

4 Pierwsze zastosowanie asfaltu naturalnego Asfalt znajduje zastosowanie w różnych dziedzinach życia już od ponad 5000 lat. W postaci naturalnej wykorzystywali go m.in.: Babilończycy do uszczelniania wanien, Egipcjanie do balsamowania zwłok. w Egipcie, Syrii i Babilonie jako materiał wiążący i izolacyjny w budownictwie (w tym również przy wykonawstwie dróg). 4

5 Pochodzenie asfaltu naturalnego Asfalt naturalny występuje w przyrodzie w stanie czystym lub z domieszkami mineralnymi w: kraterach wygasłych wulkanów, w postaci złóż w pokładach geologicznych. Może również stanowić wypełnienie porowatych skał (najczęściej wapiennych, dolomitowych, czasem piaskowców) w ilości ok % czystego asfaltu. 5

6 Występowanie asfaltu naturalnego Największe pokłady asfaltu naturalnego znajdują się: na wyspie Trynidad (Pitch Lake), w Wenezueli (Bermudez Lake), w USA (Gilsonite w stanie Utah, La Brea Tar Pits w stanie California oraz skały bitumiczne w stanie Kentucky i Texas), na obrzeżach Morza Martwego, piaski bitumiczne w Kanadzie (Athabasca). 6

7 Trynidad Lake Asphalt (Pitch Lake) 7

8 Trynidad Lake Asphalt 3,3 30,2 39,3 27,2 Asfalt Woda hydratacyjna Składniki mineralne Woda i inne składniki lotne 8

9 Trynidad Epuré Proces przygotowania: podgrzanie zanieczyszczonego asfaltu do temperatury 140 C, odparowanie wolnej wody w ilości ok. 30%, przefiltrowanie lepiszcza i usunięcie zanieczyszczeń mineralnych większych niż 0,125 mm, wypełnienie pojemników gotowym produktem (Trynidad Epuré). 9

10 Trynidad Epuré 36,5 9,5 54,0 Asfalt Składniki mineralne Pozostałe składniki Właściwości fizyczne: temperatura mięknienia C, penetracja 0-4 0,1 mm, gęstość 1,39-1,44 g/cm 3, zawartość maltenów (oleje+żywice) w lepiszczu 63-66%, zawartość asfaltenów w lepiszczu 33-37%. 10

11 Trynidad Epuré Właściwości czystego asfaltu: gęstość 1,06-1,08 g/cm 3, penetracja ,1 mm, temperatura mięknienia C. Uziarnienie składników mineralnych (popiołów): zawartość frakcji < 0,063 mm 90,2 %, zawartość frakcji 0,063-0,125 mm 9,8 %. 11

12 Trynidad Epuré Produkty: TE Z 0/8 (łamany Trynidad Epuré o wymiarze do 8 mm, otoczony środkiem zapobiegającym łączeniu. Zawartość czystego asfaltu 54%, składniki mineralne 46%), Trynidad NAF 501 (włókna celulozowe otoczone asfaltem Trynidad Epuré. Udział składników: asfalt 45%, składniki mineralne 38,5%, włókna 16,5%). 12

13 Trynidad Epuré - zastosowanie Rodzaj mieszanki mineralnoasfaltowej Zalecana procentowa ilość dodatku (w stosunku do mieszanki) Asfalt lany MA 2,0 TE Z 0/8 Beton asfaltowy AC W 1,0 TE Z 0/8 Beton asfaltowy AC S 1,5 TE Z 0/8 Mastyks grysowy SMA 1,0 NAF

14 Trynidad Epuré - dystrybucja 14

15 Penetracja, 0,1 mm Trynidad Epuré wyniki badań Penetracja /50 160/220 0% 2% 4% 6% 8% 10% 15% 20% 25% Dodatek Trynidad Epure, % 15

16 Temperatura mięknienia, C Trynidad Epuré wyniki badań Temperatura mięknienia 65,0 60,0 55,0 35/50 160/220 50,0 45,0 40,0 35,0 30,0 0% 2% 4% 6% 8% 10% 15% 20% 25% Dodatek Trynidad Epure, % 16

17 Indeks penetracji PI Trynidad Epuré wyniki badań Indeks penetracji PI 0,40 0,20 0,00-0,20-0,40-0,60-0,80-1,00-1,20-1,40-1,60-1,80 0% 2% 4% 6% 8% 10% 15% 20% 25% 35/50 160/220 Dodatek Trynidad Epure, % 17

18 Maksymalna siła rozciągająca, N Trynidad Epuré wyniki badań Maksymalna siła rozciągająca (ciągliwość) 10,00 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 35/50 160/220 0% 2% 4% 6% 8% 10% 15% 20% 25% Dodatek Trynidad Epure, % 18

19 Energia odkształcenia, J Trynidad Epuré wyniki badań Energia odkształcenia (w zakresie sprężystym i plastycznym) 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 35/50 160/220 0% 2% 4% 6% 8% 10% 15% 20% 25% Dodatek Trynidad Epure, % 19

20 Gilsonit (Uintaite) Utah (USA) 20

21 Gilsonit (Uintaite) dystrybucja 21

22 Gilsonit (Uintaite) 1,0 99,0 Właściwości fizyczne: temperatura mięknienia C, penetracja 0-1 x 0,1 mm, gęstość 1,05 g/cm 3, zawartość popiołów 0,6-1,0%, zawartość asfaltenów w lepiszczu 50-65%. Asfalt Składniki mineralne 22

23 Gilsonit (Uintaite) zastosowanie Rodzaj mieszanki mineralno-asfaltowej Zalecana procentowa ilość dodatku (w stosunku do asfaltu) Asfalt lany MA 8,0-11,0 Beton asfaltowy AC W 7,0-10,0 Beton asfaltowy AC S 7,0-9,0 Mastyks grysowy SMA 6,0-8,0 23

24 Penetracja, 0,1 mm Gilsonite (Uintaite) wyniki badań Penetracja /50 160/220 0% 2% 4% 6% 8% 10% 15% 20% 25% Dodatek Gilsonite (Uintaite), % 24

25 Temperatura mięknienia, C Gilsonite (Uintaite) wyniki badań Temperatura mięknienia /50 160/220 0% 2% 4% 6% 8% 10% 15% 20% 25% Dodatek Gilsonite (Uintaite), % 25

26 Indeks penetracji PI 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0-1,0-2,0-3,0-4,0 Gilsonite (Uintaite) wyniki badań Indeks penetracji PI 35/50 160/220 0% 2% 4% 6% 8% 10% 15% 20% 25% Dodatek Gilsonite (Uintaite), % 26

27 Maksymalna siła rozciągająca, N Gilsonite (Uintaite) wyniki badań Maksymalna siła rozciągająca (ciągliwość) /50 160/220 0% 2% 4% 6% 8% 10% 15% 20% 25% Dodatek Gilsonite (Uintaite), % 27

28 Energia odkształcenia, J Gilsonite (Uintaite) wyniki badań Energia odkształcenia (w zakresie sprężystym i plastycznym) 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 35/50 160/220 0% 2% 4% 6% 8% 10% 15% 20% 25% Dodatek Gilsonite (Uintaite), % 28

29 Głębokość koleiny, mm Beton asfaltowy 0/16 (AC 16 W) Odporność na deformacje trwałe (koleinowanie) 5,0 4,5 4,0 3,5 50/70 50/70+TE 50/70+G 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, Ilość cykli 29

30 Beton asfaltowy 0/16 (AC 16 W) Odporność na deformacje trwałe (koleinowanie) Parametry koleinowania Rodzaj lepiszcza asfaltowego 50/70 50/70+TE 50/70+G Wymagania wg WT PRD AIR [%] 7,9 4,1 3,4 PRD AIRDeklarowane WTS AIR [mm/cykl] 0,24 0,07 0,06 WTS AIR0,15 30

31 Penetracja stemplem, mm Asfalt lany (MA 8) Penetracja stemplem w 40 o C 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 3,7 MA 8 35/50 (6,4+2,0 Asfaltu naturalnego) 2,4 MA 8 35/50 (5,3+4,0 Asfaltu naturalnego) 2,9 MA 8 PMB 25/55-60 (7,8) 31

32 Przyrost penetracji, mm Asfalt lany (MA 8) Przyrost penetracja stemplem po 30 min 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0,6 MA 8 35/50 (6,4+2,0 Asfaltu naturalnego) 0,3 MA 8 35/50 (5,3+4,0 Asfaltu naturalnego) 0,4 MA 8 PMB 25/55-60 (7,8) 32

33 Wnioski końcowe 1. Asfalt naturalny jako dodatek do lepiszcza ponaftowego może stanowić dobre rozwiązanie w przypadku nawierzchni drogowych o dużym obciążeniu ciężkimi pojazdami samochodowymi (KR5-6). 2. Ilość asfaltu naturalnego w mieszankach należy dobierać w zależności od jego rodzaju (pochodzenia), przeznaczenia oraz warunków klimatyczno-pogodowych. 3. Szczególnie przydatne mogą być w nawierzchniach parkingów, placów składowych, terminali portowych, podwyższając odporność mieszanek na zjawisko płynięcia. 33

34 34

35 ZASTOSOWANIE ASFALTÓW NATURALNYCH DO PRODUKCJI MIESZANEK MINERALNO-ASFALTOWYCH Dziękuję Państwu za uwagę Dr inż. Robert Jurczak Dr inż. Paweł Mieczkowski