Funkcjonalne dodatki mineralne i ich wpływ na efekt spienienia asfaltu

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Funkcjonalne dodatki mineralne i ich wpływ na efekt spienienia asfaltu"

Alicja Piątkowska
5 lat temu
Przeglądów:

1 II Ogólnopolskie Forum Specjalistyczne Asfalty w długowiecznych nawierzchniach drogowych ASFALTY 2018 Funkcjonalne dodatki mineralne i ich wpływ na efekt spienienia asfaltu Dr inż. Agnieszka Woszuk Katedra Dróg i Mostów Politechnika Lubelska

Podział te h ologii produk ji iesza ek i eral o-asfaltowych MMA na gorą o temp. produkcji 190-150 C (Hot Mix Asphalt), MMA na iepło temp.

2 Podział te h ologii produk ji iesza ek i eral o-asfaltowych MMA na gorą o temp. produkcji C (Hot Mix Asphalt), MMA na iepło temp. produkcji C (Warm Mix Asphalt), MMA na pół iepło temp. produkcji C (Half- Warm Mix Asphalt), [Judycki J. Bada ia iesza ek i eral o-asfaltow h o o iżo ej te peraturze ota za ia, projekt badawczy dla GDDKiA, 2011]

3 Podział te h ologii produk ji iesza ek i eral o-asfaltowych Klasyfikacja WMA Ze względu a stosowa dodatek Ze względu a Woda Dodatki organiczne lub parafinowe Dodatki chemiczne etodę działa ia Spienianie asfaltu O iża ie lepkoś i asfaltu Dodatki działają e powierzchniowo czynnie

4 Spienianie asfaltu Schemat wytwarzania asfaltu spienionego Pro es spie ia ia asfaltu zależy od: temperatury asfaltu (od 140 C do 200 C ), zawartoś i wod Gorący asfalt (optymalnie 2% do 4% w stosunku do asfaltu), Zimna woda i powietrze rodzaju asfaltu. Komora ekspansyjna Dysza wtrysku asfaltu Asfalt spieniony Sybilski D., i inni.; Zastosowanie asfaltu spienionego w technologii recyklingu nawierzchni na zimno; projekt na zlecenie GDDKiA; 2004

5 Korz ś i stosowa ia WMA Korz ś i stosowa ia WMA Środowiskowe Zmniejszenie emisji wyziewów i aerozoli Zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych Poprawa komfortu pracy Większe w korz sta ie ateriałów z recyklingu Ekonomiczne Z iejsze ie zuż ia energii M iejsze zuż ie podzespołów w zakładzie produk ji Brak kar za przekroczenie norm e isji związków niebezpiecznych Technologiczne Lepsza ura ial ość mieszanki W dłuże ie drogi i czasu transportu gotowej mieszanki W dłuże ie sezo u robót drogowych Szybsze oddanie nawierzchni do ruchu

6 Korz ś i środowiskowe Emisja wyziewów i aerozoli 3) [mg/m3] 142 ºC 168 ºC 90,4 350,7 0 3) Barthel, W., War 100 Mi Asphalt Addi g a S theti Zeolite, Pro eedi gs of the Third Eurasphalt a d Euro itu e Co fere e, 2004

7 Korz ś i środowiskowe Wbudowywanie HMA i WMA 150 C 120 C Źródło: Barthel W., Marchand J., Von Devivere M., Warm mix asphalt by adding a synthetic zeolite., Proceedings of the Third Eurasphalt and Eurobitume Conference, Book 1, Breukelen, The Netherlands, 2004

Korz ś i środowiskowe Redukcja gazów cieplarnianych : CO2-20-40% SO2-20-35% CO - 10-30% NOx - 60-70% VOC - 50% 155 C 110 C Źródło: Barthel W., Marchand J.

8 Korz ś i środowiskowe Redukcja gazów cieplarnianych : CO % SO % CO % NOx % VOC - 50% 155 C 110 C Źródło: Barthel W., Marchand J., Von Devivere M., Warm mix asphalt by adding a synthetic zeolite., Proceedings of the Third Eurasphalt and Eurobitume Conference, Book 1, Breukelen, The Netherlands, 2004

9 Korz ś i eko o i z e Temperatura produkcji Zuż ie e ergii 9 kwh/ 30 C to ę MMA Koszt zastosowa ia Technologia WMA a a iepło w róż Energia do produkcji WMA 60% 80% h technologiach WAM-Foam Aspha-Min $ $ $0-$ Licencja $ w pierwszym roku $5000/w twów ię/rocznie $0,30/to ę mma brak Koszt brak $ 1,30/kg Koszt modyfikacji wytwórni lub instalacji ateriałów Rubio MC. i inni.; Warm mix asphalt: an overview; Journal of Cleaner Production; 2012; 24, s Energii do produkcji HMA

10 WMA w Europie 2016r. Udział WMA w produk ji iesza ek mineralno-asfaltowy h ogółe [%] 14% 13% 12% 10% 10% 9% 7% 8% 7% 6% 4% 7% 5% 3% 2% 2% 0% Chorwacja Dania Finlandia Francja Węgr Luxemburg Norwegia Słowa ja Szwecja

11 WMA w Stanach Zjednoczonych Udział WMA w produk ji iesza ek mineralno-asfaltowy h ogółe [%] 35% 32% 33% % 30% 30% 24% 25% 19% 20% 15% 11% 10% 5% 5% 0% Da e źródłowe: Asphalt Pavement Industry Survey on Recycled Materials and Warm-Mix Asphalt Usage, NAPA, 2014

12 Zeolity Zeolity - gli okrze ia o strukturze szkieletowej zawierają e wol e przestrze ie ka ał i ko or o wielkoś i kilku., adają e i sz zegól e właś iwoś i: sorpcyjne, katalityczne molekularno-sitowe Cecha charakterystyczna zeolitów - zdol ość gro adze ia w ka alika h struktury krystalicznej tzw. wody zeolitowej Podział zeolitów naturalne około i erałów syntetyczne Komercyjne: Aspha-Min Advera źródło: Weitkamp, J. Zeolites and catalysis, Solid State Ionics, s , 2000

ej, pt. Sposó wytwarza ia zeolitów. źródło: Weitkamp, J.

13 Zeolity Li ia do produk ji zeolitów z popiołów lot na Politechnice Lubelskiej Pate t PL 7 h w skali półte h i z ej, pt. Sposó wytwarza ia zeolitów. źródło: Weitkamp, J. Zeolites and catalysis, Solid State Ionics, s , 2000

14 Zeolity struktura sodalitu (sodalit) kanały 0,25 nm struktura faujazytu (Na-X) kanały 0,70 nm struktura gismondytu (Na-P1) kanały 0,45 nm

15 Badania Wykonane badania Zeolity Asfalt z zeolitami MMA z zeolitami Uziarnienie Penetracja w 25 C Zagęsz zal ość Skład he i z Temp. ięk ie ia i ła liwoś i Właś iwoś i fizykomechaniczne Lepkość d a i z a Wykonanie odcinka doświad zal ego Skład i eral Właś iwoś i teksturalne Zespolo oduł ś i a ia Właś iwoś i fizykomechaniczne

16 W iki adań - zeolity Mikrofotografia i wid o składu chemicznego a) klinoptilolitu b) zeolitu NaP1 a b

86,8 0,32 Na-P1 SBETm2/g gdzie: SBET powierzchnia właściwa, Vmic/Vmes objętość mikroporów/

17 W iki adań - zeolity Parametry teksturalne kinoptilolitu i NaP1 Materiał Vmescm3/g Smesm2/g Dpnm 7,68 0, ,65 10,5 32,84 0, ,01 11,6 Vmiccm3/g Smicm2/g Klinoptilolit 18,3 0,05 86,8 0,32 Na-P1 SBETm2/g gdzie: SBET powierzchnia właściwa, Vmic/Vmes objętość mikroporów/ objętość mezoporów, Smic/Smes powierzchnia mikroporów/powierzchnia mezoporów, Dp średni promień porów

18 Spienianie asfaltu przez dodanie zeolitu a b c Patent PL Sposób wytwarzania mieszanek mineralno-asfaltowych. Patent PL Sposób wytwarzania mieszanek mineralno-asfaltowych.

19 W iki adań - zeolity Analiza termiczna 100 0,20 0,15 0, ,05 0,00-0,05-0, ,15-0,20-0, ,30-0, ,40-0, , Temperatura [ C] TG [%] Na-P1 TG [%] Klinoptilolit DTA [µv/mg] Na-P1 DTA [µv/mg] Klinoptilolit 800 DTA[µV/mg] TG [%] 90

20 W iki adań asfaltu z dodatkie ateriałów zeolitow h NaP1+W minut 45minut CLIN+W Oznaczenie próbki Czas wykonania pomiaru: 30 minut minut ref NaP CLIN / Lepkość dynamiczna w 160ºC [mpas] 250

21 W iki adań asfaltu z dodatkie ateriałów zeolitow h Czas wykonania pomiaru: 60 minut NaP1+W minut CLIN+W 30 minut Oznaczenie próbki minut NaP1 ref CLIN / Lepkość dynamiczna w 135ºC [mpa s] 850

22 W iki adań asfaltu z dodatkie Rodzaj próbki Penetracja (25ºC; 0.1mm) [0,1 mm] ateriałów zeolitow h Temp. ięk ie ia [ºC] Temp. ła liwoś i [ºC] Indeks penetracji [-] Zakres plasty z oś i [ºC] 35/50 36,5 55,7-14,0-0,58 69,7 CLIN 36,1 56,5-11,5-0,44 68,0 CLIN+W 36,2 55,1-10,5-0,73 65,6 NaP1 34,5 57,2-11,5-0,40 68,7 NaP1+W 36,2 55,1-12,5-0,73 67,6

23 W iki adań asfaltu z dodatkie ateriałów zeolitow h 1,00E+09 Krzywe wiodą e wyznaczone przy temperatury referencyjnej 34ºC 1,00E+08 Zespolony moduł ścinania G* [Pa] 1,00E+07 35/50 NaP1 CLIN CLIN+W NAP1+W 35/50 RTFOF NaP1 RTFOF CLIN RTOF CLIN+W RTFOF NAP1+W RTFOF 35/50 PAV NaP1 PAV CLIN+W PAV NAP1+W PAV CLIN PAV 1,00E+06 1,00E+05 1,00E+04 1,00E+03 1,00E+02 1,00E+01 1,00E+00 0, ,0001 0,001 0,01 0, Częśtotliwość zredukowania fred [Hz]

24 W iki adań zagęsz zal ość MMA Optymalna ilość dodatku zeolitowego: 1% zeolitu naturalnego klinoptilolitu, 0,5% zeolitu syntetycznego NaP1, 0,4% zeolitu naturalnego klinoptilolitu modyfikowanego wodą, 0,4% zeolitu syntetycznego NaP1 modyfikowanego wodą

25 Od i ek doświad zal Te peratur w twarza ia MMA w osił odpowied io: temperatura asfaltu 140 C ±3, temperatura kruszywa 180 C±5, temperatura mieszanki 160 C±5. Te peratura WMA z zeolite po w tworze iu dopuszczalnej temperatury maksymalnej. ła iższa o 5 C od

26 Od i ek doświad zal Dozowa ie zeolitu od wało się rę z ie, po w ześ iejsz przygotowaniu worków z zeolitem. Nasą za ie kli optilolitu wodą Rę z e dozowa ie zeolitu

27 Od i ek doświad zal Zagęsz za ie rozłożo ej warstwy rozpo zęto przy 120 C, zakoń zo o w C. Uzyskano o iże ie temperatury zagęsz za ia o C w stosunku do minimalnej zalecanych temperatur wbudowywania HMA z asfaltem 35/50.

28 Od i ek doświad zal Zagęsz zal ość warstw awierz h i a od i ku doświad zal Właś iwoś i Gęstość o jętoś iowa MMA [kg/ Wynik badania km P L Wynik badania km P L ,2 7,1 8,2 8,0 Vmin 3, V max ] Zawartość wol h przestrzeni w warstwie [%] Wskaź ik zagęsz ze ia warstw [%] Odpor oś i a defor a je trwałe pró ek w ięt h z warstw od i ku doświad zal Wyszczególnienie W Wymagania awierz h i a Wynik badania PRDAIR WTSAIR PRD AIR 7,0 WTSAIR 0,15 AC 16 W+ 1% CLIN 4,4 0,09 AC 16 W+0,4% CLIN+W 5,1 0,1 aga ia według WT 2014

29 Wnioski W technologii spieniania asfaltów syntetyczne. oż a stosować zarówno zeolity naturalne jak i Poprzez od fika ję zeolitów wodą oż a z iejsz ć ilość dozowanego zeolitu, co przekłada się na efekt w ość eko o i z ą procesu wytwarzania WMA. Proces stopniowego uwalniania wody poprawia ura ial ość WMA z zeolitami zarówno podczas wytwarzania jak i wbudowywania tych mieszanek. Przy czym, do spieniania asfaltu podczas procesu produkcji WMA wykorzystywana jest jedynie ta ilość wody zeolitowej, która jest wydzielana w temperaturach wytwarzania WMA. Charakter i i te s w ość oddawania wody zeolitowej oż a zao serwować na krzywych termicznych. Na ilość i sposób uwalniania wody zeolitowej wpł wa typ struktury zeolitu, jego właś iwoś i tekstualne oraz charakter krystalochemiczny. Badania lepkoś i dynamicznej pozwalają o e ić działa ie danej struktury zeolitowej na efekt spienienia asfaltu.

30 Dziękuję za uwagę

Podobne dokumenty

Zastosowanie dodatków mineralnych w mieszankach mineralno-asfaltowych na ciepło

II Lubelskie Forum Drogowe "Lubelski węzeł drogowy: dziś i jutro" Zastosowanie dodatków mineralnych w mieszankach mineralno-asfaltowych na ciepło Dr inż. Agnieszka Woszuk Katedra Dróg i Mostów Politechnika