Termoplastyczny modyfikator asfaltu CGA 180!

Transkrypt

1 Termoplastyczny modyfikator asfaltu CGA Wprowadzenie Obciążenie zmęczeniowe i związane z nim pękanie, oprócz krakingu termicznego i kolein, uważa się za jedną z najbardziej istotnych przyczyn stosowania elastycznych nawierzchni drogowych. Stały wzrost ruchu pojazdów jest powodem do budowy nawierzchni drogowych bardziej wytrzymałych. Faktem jest, że drogi i autostrady są podatne na uszkodzenia wody. Objawy uszkodzenia wody obejmują koleinowanie i rozpychanie, odpryski od powierzchni, i wystrzępienia warstw powierzchniowych prowadzących do dziur. Nowe materiały powinny dać lepsze właściwości struktury drogi, poprawić odporność na utratę przyczepności między lepiszczem i kruszywem, w obecności wody, jak również zapewnienić lepsze zachowanie opony w kontakcie z drogą. Jedną z możliwości podniesienia właściwości struktury drogi oraz zachowania kontaktu opony z nawierzchnią jest modyfikacja asfaltu. Zmodyfikowany asfalt ma lepszą wytrzymałość i trwałość oraz lepsze właściwości adhezyjne w kontakcie opona-droga. Technologia daje również możliwość większej odporności na inne czynniki środowiskowe (ciepło, woda, mróz, itp.). 2. Opis termoplastycznych modyfikatorów asfaltu Nowy asfalt bazuje na mieszance sproszkowanego, termoplastycznego kauczuku. Wytwarza się go przez zmieszanie aktywnego pyłu gumowego (AGP) z tworzywem termoplastycznym oraz z innymi substancjami mającymi wpływ na poprawę jego właściwości podczas kontaktu opony z nawierzchnią. Związek jest wytwarzany w postaci granulatu (rys. 1.), o średnicy około 4 mm. Rys. 1. postać granulatu CGA 180 Skład dodatku modyfikującego do asfaltu schematycznie uwidoczniono na rys. 2. Skład: - aktywny pył gumowy (AGP) - ACTIVE RUBBER POWDER (AGP) - materiał termoplastyczny - THERMOPLASTIC MATERIAL - promotor przyczepności - ADHESION PROMOTER 1 z 5

2 - odczynnik do zmniejszania lepkości asfaltu - REAGENT FOR DECREASING OF ASPHALT VISCOSITY Rys. 2. Schemat składu mieszanki modyfikatora do asfaltu Aktywny pył gumowy (AGP) AGP jest podstawowym materiałem w termoplastycznej mieszance. Zawartość AGP - do 80% w całości materiału. AGP zapewnia elastyczność, wytrzymałość i lepszą odporność na odkształcenia, a także na inne czynniki środowiskowe. Stosowane AGP jest najwyższej jakości, pochodzące z produkcji zarządzanej liniowo. Osiąga się najwyższe właściwości mechaniczne AGP dzięki produkcji pyłu gumowego z bardzo dużych powierzchni i dlatego produkt wykazuje wysoką aktywność powierzchniową. Do produkcji AGP wykorzystuje się opony poużytkowe. Guma z opon jest materiałem kompozytowym. Poniżej bardziej istotne substancje chemiczne: 1. polimery gumy (wulkanizowanej): -kauczuk naturalny - NR -kauczuk syntetyczny - SBR odpowiedzialne za elastyczność -polibutadienowe guma - BR 2. chemiczne, specyficzne składniki funkcjonalne: -oleje plastyfikatora, składniki mieszania, składniki wulkanizacyjne... -sadza, anty-uv, tlen i ozon jako chemikalia ochronne... Są pewne drobne różnice w procentowej zawartości składu polimerów kauczuku naturalnego i syntetycznego w oponach z samochodów osobowych i z opon ciężarowych, choć całkowita zawartość polimeru gumy (kauczuk naturalny + kauczuk syntetyczny) jest bardzo podobna. Wyższa zawartość naturalnej gumy w oponach ciężarowych zapewnia lepsze właściwości mechaniczne pyłu gumowego. 2 z 5

3 Asfalt modyfikowany gumą produkowaną wyłącznie z polimeru kauczuku naturalnego, w porównaniu z innym produktem wytwarzanym wyłącznie z polimeru syntetycznego kauczuku, jest różny w odprężaniu spoiwa. Aby uniknąć tych różnic lepiej jest stosować jednorodną zawartości Tabela 1: skład aktywnego pyłu gumowego uzyskanego z opon ciężarowych i osobowych polimerów. AGP jest produkowany tak, aby zapewnić jednolitość zawartych polimerów. Zostały opracowane dwa specjalne rodzaje AGP dla potrzeb produkcji mieszanki. Ich skład, w zależności od rodzaju opon, został wymieniony w Tabeli 1. Powszechnie stosowany sposób wytwarzania asfaltu gumowego jest oparty na mieszaniu i łączeniu na gorąco asfaltu z okruchami gumy i innych składników lub niezbędnych dodatków. Asfalt jest ogrzewany do około 190 C. Okruchy gumy i/lub innych dodatków, w temperaturze otoczenia, dodaje się do gorącego asfaltu i dokładnie miesza. Sposób ten powoduje zbijanie się cząstek gumy i osiadanie na dnie, co powoduje, że mieszanka nie jest jednorodna i nie jest równomiernie rozmieszana w asfalcie. Dzięki zastosowaniu mieszanki AGP180 tworzywo termoplastyczne otaczające pył gumowy topi się wraz ze wzrostem temperatury asfaltu. Topienia materiału termoplastycznego unosi cząstki gumy w mieszaninie asfaltu. W ten sposób pył gumowy jest równomiernie rozprowadzany w całości masy asfaltowej, a jego cząstki nie mogą osiąść. Promotor przyczepności Bardzo ważną częścią gumowego materiału termoplastycznego jest promotor adhezji, który poprawia odporność drogi w stosunku do szkód wodnych, jak również dzięki elastyczności znacznie zwiększa przyczepność między oponą, a drogą przy skręcaniu opony. Promotor adhezji tworzy silne wiązanie chemiczne między bitumem i kruszywem. Wiązania te są odporne na działanie wody, co przedłuża trwałość nawierzchni. Poziom dozowania promotorów adhezji w asfalcie jest bardzo niski. Dodatkowy koszt promotora adhezji jest niewielki w porównaniu do całkowitego kosztu budowy nawierzchni, a wydłuża on okres eksploatacji nawierzchni asfaltowej zapewniając duże oszczędności w dłuższej perspektywie. Odczynnik do zmniejszania lepkości asfaltu W mieszance AGP180 stosuje się dodatek, który działa jako skraplacz do modyfikowania polimerami i poprawia urabialność mieszaniny, co zmniejsza gęstość poprzez znaczne zmniejszenie lepkości. Dodatek ma temperaturę topnienia około 100 C i znacznie zmniejsza lepkość bitumu bazowego. Zwiększa odporność asfaltu do deformację w zakresie temperatury pracy, jak również nie ma wpływu na niskotemperaturowe właściwości asfaltu, które są zależne od właściwości bitumu bazowego. Jest on całkowicie rozpuszczalny w bitumie w temperaturze powyżej 140 C. 3 z 5

4 3. Eksperymentalna charakterystyka termoplastycznego kauczuku proszkowego w modyfikacji asfaltu Badania naprężeń za pomocą dynamicznego reometru ścinającego (DSR), aby ocenić niską charakterystykę temperatury asfaltów modyfikowanych AGP180, w porównaniu do zwykłego bitumu scharakteryzowano następująco: CRmB z 15% CGA 180 i nawierzchniowego gatunku bitumu 50/70. Pomiar naprężeń ścinających z zastosowaniem DSR wskazuje na zdolności materiału do eliminacji naprężeń oraz odpowiada jakości układu modyfikującego. Zdolność asfaltu do szybkiej absorpcji naprężeń jest istotnym czynnikiem, który eliminuje pęknięcia. Ścinanie naprężeń w DSR oznaczano w temperaturze 0 C i -10 C, stosując równoległe płytki o średnicach 8 mm, i wielkości szczeliny 2 mm. Testy przeprowadzono w warunkach kontrolowanego odkształcenia. Czas naprężenia ustawiono na 15 minut. Rysunek 3 przedstawia zapis rozwoju naprężeń ścinających w czasie układania nawierzchni asfaltowych i CRmB z 15% CGA 180 (Co). Można zauważyć, że obniżenie temperatury do -10 C, prowadzi do znacznie wyższej wartości naprężenia. W temperaturze 0 C, naprężenie nawierzchni bitumicznych wynosi w przybliżeniu połowę wartości obserwowanych CRmB. Jednak w temperaturze -10 C, naprężenie CRmB z CGA180 jest nieco niższe. Rys. 3: apis rozwoju naprężeń ścinających w czasie układania nawierzchni asfaltowych i CRmB z 15% CGA 180 (Co Rysunek 4 przedstawia zależność naprężenia szczątkowego na ścinanie w temperaturze w czasie naprężeń 15s do kostki asfaltu i CRmB z 15% udziałem CGA. Można zauważyć, że istnieje zależność sztywności silniejsza od temperatury w przypadku asfaltu, ponieważ krzywa redukcji naprężenia ze zmniejszającą się temperaturą wzrasta szybciej niż w przypadku CRmBs. 4 z 5

5 Rys. 4. Zależność spadku naprężeń w czasie t = 15 s na temperatury Wyniki pokazują, że rozluźnienie CRmB z 15% CGA180 wykazuje mniejszą zależność od spadku temperatury niż w wypadku asfaltu bez domieszek. Asfalt modyfikowany CGA wykazuje lepsze właściwości naprężenia, niż nawierzchniowego bitumu i tym samym właściwości wiążące i odporność na pękanie asfaltu jest znacznie wyższa w porównaniu ze zwykłym asfaltem. 4. Zalety stosowania CGA180 w nawierzchniach asfaltowych Doskonała odporność na starzenie się: - Redukcja / eliminacja utleniania nawierzchni przez powietrze / promieniowanie; - Nieprzepuszczalność dla wody i powietrza; - Lepsze zachowanie struktury nawierzchni do infiltracji wody. Optymalne właściwości nawierzchni zarówno w niskich, jak i wysokich temperaturach pracy dzięki: - Wysokiej lepkości w wysokich temperaturach (doskonała odporność na deformacje trwałe); - Doskonała elastyczności w niskich temperaturach (odporny na rozprzestrzenianie się pęknięć w asfalcie - odporność na pękanie); - Większa odporność na niszczenie; - Wydłużony czas twardości. Redukcja szumów: - W ostatnich badaniach wykonanych na drogach z bitumu modyfikowanego kauczukiem, udowodniono redukcję hałasu 4 do 8 db (A). Zwiększenie bezpieczeństwa ruchu: - W warstwie nawierzchni duża ilość gumy w asfalcie modyfikowanym kauczukiem znacząco zmniejsza dystans zatrzymania pojazdu: aż o 25% Przyczyną tego faktu jest bardzo wysoka przyczepność między dwoma gumowymi "partnerami": oponą gumową i gumą zawartą w nawierzchni drogowej. 5. Wnioski Nowa droga jest znacznie bardziej żywotna, posiada szereg korzystnych właściwości, a jej zastosowanie jest możliwe niezależnie od czynników środowiskowych. Produkt CGA180 jest możliwy do wykorzystania na całym świecie. 5 z 5