dr inż. Wojciech Bańkowski

Transkrypt

1 dr inż. Wojciech Bańkowski

2 1. Informacja o projektach 2. Warunki stosowania GA 3. Projektowanie mma właściwości podstawowe i funkcjonalne 4. Badania destruktów i granulatów 5. Projektowanie i badania AC22P z granulatem 6. Ocena właściwości funkcjonalnych mma z granulatem asfaltowym (SMA11 i AC16W) 7. Ocena trwałości konstrukcji drogowych z zastosowaniem mma z granulatem asfaltowym 2

3 RID I/6: Wykorzystanie materiałów pochodzących z recyklingu ( ) Finansowanie ze środków GDDKiA i NCBiR Zadanie 2: Recykling na gorąco Instytut Badawczy Dróg i Mostów Politechnika Gdańska Cele: 1. Wytyczne w zakresie pozyskania oraz oceny przydatności granulatu asfaltowego. 2. Zalecenia w zakresie produkcji MMA z granulatem na otaczarkach cyklicznych. 3. Wytyczne cząstkowe w zakresie wymagań i projektowania MMA z granulatem asfaltowym 3

4 Destrukt: Innowacyjna technologia mieszanek mineralnoasfaltowych z zastosowaniem materiału z recyklingu nawierzchni asfaltowej III edycja programu InnoTech ścieżka programowa In-Tech Finansowanie ze środków NCBiR Realizacja

5 Konsorcjum: Instytut Badawczy Dróg i Mostów Politechnika Warszawska, Zespół Technologii Materiałów i Nawierzchni Drogowych BUDIMEX S.A.

6 Warunki stosowania MMA z granulatem asfaltowym wg WT : Granulat spełnia wymagania w zakresie jednorodności i jakości Dopuszczona zawartość wg WT -2 w mieszankach typu AC: 0% - zakaz do warstwy ścieralnej do 20% - metodą dozowania na zimno do 30 % - metodą dozowania na gorąco MMA z GA spełnia wymagania jak dla mieszanki ze świeżych materiałów Stosowanie GA nie może obniżać właściwości MMA Nie dopuszcza się środków obniżających lepkość 6

7 7

8 8

9 9

10 MMA z GA spełnia wymagania jak dla mieszanki ze świeżych materiałów Stosowanie GA nie może obniżać właściwości MMA Zakładając, że spełniamy wymagania WT-2, to jakie są jeszcze obawy? Większa sztywność na skutek udziału starego asfaltu, który podlega procesom starzeniowym Większa podatność na pękanie niskotemperaturowe Mniejsza trwałość zmęczeniowa MMA i konstrukcji 10

11 Projektowanie i wymagania mieszanek SMA i betonu asfaltowego AC Uziarnienie mieszanki mineralnej Zawartość asfaltu Zawartość wolnych przestrzeni Odporność na działanie wody i mrozu Odporność na koleinowanie Kiedy taki zestaw jest wystarczający? 11

12 PN-EN Właściwości funkcjonalne: Odporność na pękanie niskotemperaturowe Odporność na zmęczenie Zespolony moduł sztywności (sztywność) Dodatkowo w badaniach do projektu uwzględniono: Wpływ starzenia technologicznego (STOA) i eksploatacyjnego (LTOA) 12

13 13

14 Potencjalne bariery stosowania recyklingu na gorąco Brak wyposażenia wytwórni Wysoki koszt czarnego bębna Brak lub mało doświadczeń Brak szczegółowych krajowych wytycznych stosowania Ograniczenia ilościowe wg WT-2 Brak zezwolenia od Inwestora (zaufanie) Dostępność destruktu/granulatu Obawa o jakość i jednorodność destruktu Obawa o jakość mieszanek mineralno-asfaltowych i trwałość nawierzchni 14

15 15

16 16

17 17

18 Częstość zawartość asfaltu, % <0,063, % Frakcja 0-2, % ,0 4, ,0 5,5 6,0 6, Frakcja 2-5, % Frakcja 5-8, % Frakcja 2-8, % Frakcja 8-11, % Frakcja 2-16, % Frakcja >16, % 4 5, , ,

19 8 zawartość asfaltu, % /8 0/16 0/11 0/22 18 <0,063, % /8 0/16 0/11 0/22

20 śladowe smoły ilości w jednym materiale brak zanieczyszczeń, materiałów obcych 20

21 21

22 22

23 23

24 24

25 25

26 C zęstoś ć Penetracja, 0,1 mm 65,0 62,5 100/0 75/25 50/50 25/75 Temperatura mięknienia, C 4000 Lepkość dynamiczna w 60 C,Pas /0 75/25 50/50 25/75 Lepkość dynamiczna w 90 C,Pas 30 60, ,5 55,0 Temperatura łamliwości, C Zakres plastyczności, C ,5 2,0 1,5 Lepkość dynamiczna w 135 C,Pas 50 1,50 1,25 1,00 0,75 Lepkość dynamiczna w 150 C,Pas /0 75/25 50/50 25/75 proporcje asfaltu odzyskanego do świeżego 1,0 100/0 75/25 50/50 25/75 0, Penetracja, 0,1 mm; 100/ 0 Penetracja, 0,1 mm; 75/25 Penetracja, 0,1 mm; 50/50 Penetracja, 0,1 mm; 25/ Temperatura mięknienia, C; 100/ 0 Temperatura mięknienia, C; 75/25 Temperatura mięknienia, C; 50/50 Temperatura mięknienia, C; 25/ Temperatura łamliwości, C; 100/ 0 Temperatura łamliwości, C; 75/25 Temperatura łamliwości, C; 50/50 Temperatura łamliwości, C; 25/ Zakres plastyczności, C; 100/ 0 Zakres plastyczności, C; 75/25 Zakres plastyczności, C; 50/50 Zakres plastyczności, C; 25/ ,0 Nawrót sprężysty w 25 C, %; 100/ 0 Nawrót sprężysty w 25 C, %; 75/25 Nawrót sprężysty w 25 C, %; 50/50 Nawrót sprężysty w 25 C, %; 25/75 1,5 0,

27 70 100/0 75/25 50/50 Nawrót sprężysty w 25 C, % Nawrót sprężysty w 25 C, % 25/ Penetracja, 0,1 mm Penetracja, 0,1 mm Temperatura mięknienia, C Temperatura mięknienia, C Temperatura łamliwości, C Temperatura łamliwości, C Zakres plastyczności, C Zakres plastyczności, C /0 75/25 50/50 25/

28 28

29 Wykonano teoretyczne projektowanie składu mma z różnymi zawartościami GA i DA Projektowanie do maksymalnej zawartości lub 80% Mieszanki AC11S, AC16W, AC22P Określono wskaźnik zastąpienia 29

30 30

31 Zawartość frakcji do 0,063mm Binder replacement.i wymagania mma do sprawdzenia w laboratorium 31

32 32

33 AC22P 35/50 0GA bez granulatu AC22P 35/50 20GA,..40GA,..60GA 20, 40 i 60% granulatu AC22P 35/50 20GA/2,..40GA/2 20 i 40% gorszego granulatu AC22P 35/50 40GA/2 V6 40% gorszego granulatu + miękki asfalt Wskaźnik zastąpienia, % Zawartość GA 20% 40% 60% GA GA/

34 34

35 35

36 KR3-4 KR5-7 37

37 KR3-4 KR5-7 38

38 39

39 40

40 E*, MPa ,0E-04 1,0E-03 1,0E-02 1,0E-01 1,0E+00 1,0E+01 1,0E+02 1,0E+03 1,0E+04 AC22P 35/50 0GA AC22P 35/50 20GA AC22P 35/50 40GA AC22P 35/50 60GA f red 41

41 Kąt przesunięcia, ,0E-04 1,0E-03 1,0E-02 1,0E-01 1,0E+00 1,0E+01 1,0E+02 1,0E+03 1,0E+04 log f red AC22P 35/50 0GA AC22P 35/50 20GA AC22P 35/50 40GA AC22P 35/50 60GA 42

42 43

43 Mieszanki: SMA 11 50/70 oraz SMA 11 45/80-55 AC16 W 35/50 oraz AC16 W 25/55-60 Zawartość GA do 50% Recepty zaprojektowane przez Politechnikę Warszawską w ramach zadania 2. 44

44 Źródło: Politechnika Warszawska 45

45 Obserwacje z projektowania: widoczna jest tendencja wzrostu odporności na koleinowanie wraz ze wzrostem zawartości granulatu Źródło: Politechnika Warszawska 46

46 47

47 48

48 49

49 50

50 Trwałość zmęczeniowa e 6, mm/m AC16W 35/ AC16W 35/50-50 STOA % 10% 30% 50% Zawartość granulatu asfaltowego STOA Odkształcenie, mm/m 0%GA 10%GA 30%GA 50%GA 52

51 Trwałość zmęczeniowa Trwałość zmęczeniowa AC16W 25/55-60 STOA AC16W 25/55-60 LTOA Odkształcenie, mm/m Odkształcenie, mm/m 0%GA 10%GA 30%GA 50%GA 0%GA 10%GA 30%GA 50%GA 53

52 Trwałość zmęczeniowa Trwałość zmęczeniowa AC16W 25/55-60 STOA AC16W 25/55-60 LTOA Odkształcenie, mm/m 0%GA 10%GA 30%GA 50%GA Odkształcenie, mm/m 0%GA 10%GA 30%GA 50%GA 54

53 Sztywność, MPa Kąt przesunięcia fazowego AC16W 35/50 0%GA STOA AC16W 35/50 30%GA STOA AC16W 35/50 10%GA STOA AC16W 35/50 50%GA STOA 55

54 Dalsze etapy projektu: wybór MMA do produkcji próbnej i odcinków testowych Analiza trwałości konstrukcji z MMA + GA Dane do obliczeń: wyniki badań laboratoryjnych z walidacji produkcji Mieszanki: SMA 11 45/ %GA AC11S 45/ %GA ACWMS16 W/P 25/ %GA AC16W 25/ %GA AC22P 35/50 50%GA Typowe konstrukcje wg Katalogu 56

55 57

56 Analizowane materiały (GA/DA) były zróżnicowane w zakresie składu, uziarnienia, właściwości asfaltu W zakresie przeprowadzonych badań kruszywa charakteryzowały się dobrymi właściwościami potwierdzając ich przydatność do MMA Pełne badania kruszyw z GA/DA są procesem bardzo czasochłonnym i kosztownym. Powinno się opierać na założeniu, że kiedyś zastosowano kruszywa o odpowiednich właściwościach. Badania w razie wątpliwości. W zakresie asfaltu istotnymi czynnikiem jest zawartość asfaltu w GA/DA oraz jego właściwości Równania empiryczne do obliczania PIK i PEN mieszanin asfaltów są prawidłowe Istotnym parametrem jest tzw. wskaźnik zastąpienia, który jednocześnie zależy od zawartości GA jak i zawartości asfaltu rozpuszczalnego w GA Wskaźnik zastąpienia decyduje o właściwościach mieszaniny asfaltu starego i świeżego oraz maksymalnej zawartości GA. 58

57 W projektowaniu teoretycznym w zakresie wymagań uziarnienia dla MMA zasadniczo łatwe jest wprowadzanie GA w ilości do 40-50%, a nawet większej do 60-80% Głównymi czynnikami, które utrudniają projektowanie wg uziarnienia jest zawartość frakcji do 0,063mm i wskaźnik zastąpienia Ostatecznie o możliwej ilości GA będą decydowały właściwości fizyczne i mechaniczne MMA Istotna rola badań funkcjonalnych 59

58 Przeprowadzone badania MMA wykazały, że jest możliwe zaprojektowanie MMA o zwiększonej zawartości GA (nawet do 50-60%) Badania funkcjonalne potwierdziły dobre właściwości MMA z GA w zakresie trwałości zmęczeniowej, odporności niskotemperaturowej, sztywności Widoczny jest wpływ asfaltu modyfikowanego z GA na właściwości MMA i wartość binder replacement Starzenie długoterminowe ma niewielki wpływ na właściwości MMA Analizy mechanistyczne trwałości konstrukcji pozwalają pozytywnie ocenić przydatność MMA z GA do zastosowania w typowych konstrukcjach nawierzchni podatnych Co dalej w projekcie InnGA? 60

59 Odcinki testowe 61

60 Wojciech Bańkowski