LEPISZCZA I MIESZANKI MINERALNO-ASFALTOWE MODYFIKOWANE DODATKAMI GUMOWYMI - charakterystyka, właściwości i zastosowanie

Transkrypt

1 LEPISZCZA I MIESZANKI MINERALNO-ASFALTOWE MODYFIKOWANE DODATKAMI GUMOWYMI - charakterystyka, właściwości i zastosowanie Prof. dr hab. inż. Piotr Radziszewski Prof. dr hab. inż. Jerzy Piłat

2 Rzymska droga Via Appia Capua 312 r p.n.e.

3 Nawierzchnia drogowa Imperium Rzymskie

4 Rozwój drogownictwa XIX wiek nowe materiały i technologie Anglia 1824 cement portlandzki (Józef Aspdin) Francja 1835 r. Plac Concorde nawierzchnia z asfaltu prasowanego Austria 1850 pierwsza nawierzchnia z betonu cementowego USA 1881 r. asfalty ponaftowe

5

6 USA 1908 Zbuduję samochód dla szerokich kręgów ludu Każdy klient może mieć samochód w dowolny kolorze pod warunkiem, że będzie on czarny Henry Ford

7 ROZWÓJ DROGOWNICTWA Koniecznośd modyfikacji asfaltów i mieszanek mineralno-asfaltowych Asfalt idealny

8 Wykres parametrów konsystencji lepiszcza Asfalt idealny Asfalt modyfikowany elastomerem Asfalt niemodyfikowany

9 Rozporządzenie UE Obiekt budowlany powinien być tak zaprojektowany, zrealizowany a także użytkowany po wyeksploatowaniu, rozebrany w sposób zgodny z wymaganiami zrównoważonego rozwoju 9

10 Zrównoważony rozwój Cykl życia budowli Nawierzchnie asfaltowe 10

11 Zrównoważenie rozwoju budownictwa ekologicznym, ekonomicznym, społecznym. Nawierzchnie asfaltowe 11

12 Zużyte opony samochodowe 60 kg gumy 40 kg

13 Czy tak utylizować zużyte opony?

14 Może tak?

15 Drugie życie opon!!! Budownictwo drogowe

16 Zastosowanie rozdrobnionych opon samochodowych w technologii dry process Miał gumowy dodaje się do ogrzanych materiałów kamiennych w ilości 1,5 3% w stosunku do m.m.a. Temperatura materiałów kamiennych o C Mieszanie kruszywa z gumą 15 30s, dodaje się asfalt Pełny cykl mieszania s Czas przechowywania 3 5h w zbiorniku gotowej mieszanki ( dojrzewanie ) Dojrzewanie korzystnie wpływa na właściwości m.m.a.

17 Technologia dry process Prosta technologia Nie wykorzystuje się w pełni właściwości gumy Mieszanki mineralno-asfaltowe mają poprawione właściwości

18 Technologia wet process Wg. ASTM D8 lepiszcze gumowo-asfaltowe jest to materiał powstały w procesie reakcji w podwyższonej temperaturze pomiędzy asfaltem i rozdrobnioną gumą ze zużytych opon samochodowych oraz ewentualnymi dodatkami plastyfikatorów. Dodatek gumowy powinien stanowid co najmniej 15% wagowo ogólnej masy lepiszcza modyfikowanego. Wykorzystuje się cenne właściwości gumy Dodatek gumy USA Arizona, Kalifornia 20% RPA najczęściej 20% i 2% plastyfikatora, (rzadziej 21-23%) Portugalia 18%

19 Technologia produkcji lepiszcza gumowo-asfaltowego Miał gumowy Produkcja asfaltu w rafinerii Dozator miału gumowego Zbiornik z asfaltem o C o C Cysterna do transportu (dojrzewanie lepiszcza gumowo-asfaltowego) Skrapiarka (powierzchniowe utrwalenia, membrany SAM i SAMI) Mieszalnik do produkcji lepiszcza gumowoasfaltowego Zbiornik w wytwórni mieszanek mineralnoasfaltowych Wytwórnia mieszanek o C Cysterna do transportu (dojrzewanie lepiszcza gumowo-asfaltowego) Rozściełanie mieszanki mineralno-gumowo-asfaltowej Uwagi: Dopuszcza się jednokrotne oziębianie lepiszcza przechowywanego dłużej niż 10 godz. Lepiszcze nie może byd przechowywane dłużej niż 4 dni w temperaturze powyżej 120 o C.

20 Zastosowanie lepiszcza gumowoasfaltowego w budownictwie drogowym Mieszanki mineralno-asfaltowe Pokrowce nawierzchniowe SAM (powierzchniowe utrwalenie) Wiązania międzywarstwowe SAMI Masy zalewowe do wypełniania szczelin dylatacyjnych Warstwy wodoochronne do zabezpieczania konstrukcji przed filtracją wody

21 Mieszanki mineralno-gumowo-asfaltowe Beton asfaltowy, mieszanki o nieciągłym uziarnieniu, mieszanki porowate Zmniejszona grubość warstw asfaltowych

22

23

24

25

26

27

28

29

30 SAM - Stress Absorbing Membrane Spękana istniejąca nawierzchnia

31 SAMI - Stress Absorbing Membrane Interlayer Spękana istniejąca nawierzchnia Warstwa wzmacniająca

32 SAMI w układzie 3 - warstwowym Warstwa asfaltowawzmocnienie SAMI Warstwa wyrównawcza Zniszczona istniejąca nawierzchnia

33 Powierzchniowe utrwalenie Bardzo duże spękanie!!! Czy wszystkie spękania można wypełnić?

34 Powierzchniowe utrwalenie

35 Powierzchniowe utrwalenie

36 Powierzchniowe utrwalenie

37 Powierzchniowe utrwalenie

38 Wykorzystanie całych opon samochodowych w geotechnice drogowej Budowa nasypów drogowych na słabych gruntach Wzmocnienie podłoża gruntowego

39 Wykorzystanie rozdrobnionych opon samochodowych do budowy nasypów Uzupełnienie uziarnienia gruntu frakcją z gumy - odciążenie nasypu Lekkie nasypy Poprawienie stateczności nasypów Doświadczenia USA: Pierwsza grupa odpadów (nasypy do wysokości 1m) 50% materiału gumowego przechodzi przez sito o wymiarze 38 mm Max. 5% przechodzi przez sito 4,75 mm

40 Doświadczenia USA nasypy z rozdrobnionych opon Druga grupa odpadów nasypy od 1 3 m: Max. 25% materiału gumowego przechodzi przez sito 38 mm Max. 1% przechodzi przez sito o wymiarze 4,75 mm Odpady nie powinny zwierać zanieczyszczeń w postaci wiórów drewnianych, materiałów organicznych Metalowe części uzbrojenia opon nie powinny być dłuższe niż 25 mm dla 75% rozdrobnionego materiału gumowego i nie dłuższe od 50 mm dla 100% Przykrycie warstw gumowych warstwą dobrze zagęszczonego gruntu mineralnego o grubości 0,5 m Grunt mineralny na przykrycie powinien być bez zanieczyszczeń organicznych i zawierający co najmniej 30% frakcji drobnoziarnistych

41 Inne zastosowania rozdrobnionych opon samochodowych Ekrany przeciwhałasowe

42 Inne zastosowania rozdrobnionych opon samochodowych Dodatek modyfikujący betony cementowe Większa wytrzymałość na rozciąganie, bardziej odporny na działanie obciążeń dynamicznych, lżejszy, posiada większe zdolności izolacyjne ze względu na hałas i przewodzenie ciepła Do likwidacji zanieczyszczeń wody morskiej rozlaną ropą naftową Poddany obróbce w melasie i żelatynie ma silne zdolności absorbujące ropę naftową

43 Właściwości miału gumowego wpływające na jakośd lepiszcza gumowo-asfaltowego Zawartośd miału gumowego Zwiększenie zawartości miału gumowego (20%) polepszenie właściwości lepiszcza Uziarnienie miału gumowego Drobnoziarniste miały gumowe szybsze pęcznienie lepiszcze o większej lepkości Sieve Size % Passing (mm) (%)

44 Właściwości miału gumowego wpływające na jakośd lepiszcza gumowoasfaltowego Wielkośd powierzchni właściwej miału gumowego Większa powierzchnia polepszone właściwości lepiszcza Sposób rozdrobnienia miału gumowego Rozdrobnienie w temperaturze otoczenia cząstki gumy o wyglądzie porowatym, postrzępionym łatwo reagują z asfaltem Kriogeniczne cząstki gumy o wyglądzie graniastosłupów, powierzchnie gładkie i szkliste gorzej reagują z asfaltem

45 Właściwości miału gumowego wpływające na jakośd lepiszcza gumowo-asfaltowego Skład chemiczny miału gumowego Zanieczyszczenia w miale gumowym Nadmierna zawartośd wilgoci (> 1%) niebezpieczne spienienie asfaltu Ze względów bezpieczeostwa wilgotnośd miału gumowego około 0,75% Warunki mieszania Wolno-obrotowe asfalt absorbowany przez cząstki pęczniejącej gumy częściowa dyspersja Szybko-obrotowe zwiększony proces pęcznienia, rozdrobnienie cząstek gumy większa dyspersja

46 Właściwości miału gumowego wpływające na jakośd lepiszcza gumowoasfaltowego Temperatura i czas mieszania lepiszcza gumowo-asfaltowego Wyższa temperatura przyspiesza proces modyfikacji ( o C) Przechowywanie lepiszcza w wyższej temperaturze ( o C) powoduje depolimeryzację w czasie 3 6 h

47 Polepszone właściwości lepiszczy gumowo-asfaltowych

48 Polepszone właściwości lepiszczy gumowo-asfaltowych

49 Polepszone właściwości lepiszczy gumowo-asfaltowych WŁAŚCIWOŚCI Podwyższenie temperatury mięknienia Korzystne rozszerzenie temperaturowego zakresu plastyczności do ponad 70 o C Wzrost lepkości dynamicznej Poprawa kohezji asfaltu modyfikowanego badanie ciągliwości Wzrost nawrotu sprężystego ponad 70%

50 Polepszone właściwości nawierzchni asfaltowych Polepszone właściwości przeciwpoślizgowe Zwiększona odpornośd mieszanki na starzenie Zwiększona trwałośd (odpornośd na działanie czynników klimatycznych)

51 Polepszone właściwości nawierzchni asfaltowych Zwiększona odpornośd na odkształcenia trwałe Zwiększona trwałośd zmęczeniowa Zwiększona odpornośd na spękania odbite Mniejsza hałaśliwośd Możliwośd zmniejszenia grubości nawierzchni w porównaniu do standardowych Zmniejszone koszty eksploatacji

52 Bibliografia publikacje polskie G. Wojdanowicz: Doświadczenia nad uszlachetnianiem asfaltów mączką gumową. Prace COBiRTD, Warszawa WKŁ, 1960, zeszyt 1 M. Kalabioska, J. Piłat: Badania reologiczne mas mineralno-asfaltowych w funkcji jakości lepiszcza. Prace ITiOPB, PW, Warszawa 1989 P. Radziszewski: Modyfikacja lepiszczy miałem gumowym. Drogownictwo, nr 2, 1995 J. Piłat, P. Radziszewski, M. Kalabioska: The analysis of visco-elastic properties of mineral-asphalt mixes with lime and rubber powder. 2 Eurasphalt & Eurobitume Congress, Barcelona 2000

53 Bibliografia publikacje polskie R. Horodecka, M Kalabioska, J. Piłat, P. Radziszewski, D. Sybilski: Wykorzystanie zużytych opon samochodowych w budownictwie drogowym. Instytut Badawczy Dróg i Mostów, Warszawa 2002 J. Gaweł, L. Ślusarski: Wykorzystanie gumy z recyklingu opon do modyfikacji asfaltów. Polimery, 1998, 43 nr 5 D. Sybilski: Modyfikatory i dodatki do asfaltów drogowych. Drogownictwo, nr 2 i 3, 2000 L. Pyskło, W. Parasiewicz: Recykling zużytych opon. Instytut Przemysłu Gumowego, 2001

54 Bibliografia publikacje polskie I. Gaweł, J. Piłat, P. Radziszewski, K. Kowalski, J. Król: Rubber modified bitumen. Rozdział w książce Polimer modified bitumen. Woodhead Publishing, Oxford 2011

55 Wnioski Nauka i przemysł dysponują wieloma rozwiązaniami technologicznymi pozwalającymi na zagospodarowanie zużytych opon Spośród znanych sposobów utylizacji zużytych odpadów gumowych ich wykorzystanie do modyfikacji mieszanek mineralno-asfaltowych można uznać za najbardziej efektowny sposób zagospodarowania Wykorzystanie zużytych opon samochodowych w budownictwie drogowym w Polsce pozwoli poprawić trwałość nawierzchni asfaltowych Zastosowanie gumy ze zużytych opon samochodowych do budowy dróg jest korzystne w aspekcie technicznym, ekonomicznym i ekologicznym

56 Pytania? KONTAKT: