PL B1. Włóknisty dodatek do mieszanek mineralno-asfaltowych oraz sposób otrzymywania tego włóknistego dodatku i mieszanka mineralno-asfaltowa

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. C08K 7/02 ( ) C08L 95/00 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Włóknisty dodatek do mieszanek mineralno-asfaltowych oraz sposób otrzymywania tego włóknistego dodatku i mieszanka mineralno-asfaltowa (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 02/07 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 08/11 (73) Uprawniony z patentu: INSTYTUT BADAWCZY DRÓG I MOSTÓW, Warszawa, PL (72) Twórca(y) wynalazku: ANDRZEJ WRÓBEL, Zamość, PL DARIUSZ SYBILSKI, Warszawa, PL WOJCIECH SIKORA, Warszawa, PL WOJCIECH BAŃKOWSKI, Warszawa, PL RENATA HORODECKA, Gostynin, PL KRZYSZTOF MIRSKI, Warszawa, PL PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest włóknisty dodatek do mieszanek mineralno-asfaltowych, stosowanych w nawierzchniach drogowych oraz sposób otrzymywania tego włóknistego dodatku i mieszanka mineralno-asfaltowa. Zwiększenie natężenia ruchu samochodowego zarówno osobowego, jak i ciężkiego oraz zwiększone obciążenia samochodów, przeliczone na jedną oś, powodują konieczność stosowania nawierzchni drogowych spełniających coraz wyższe wymagania użytkowe. Spełnienie tych rosnących wymagań można uzyskać stosując coraz to lepsze materiały i technologie. Najczęściej do wykonywania nawierzchni drogowych stosuje się różnego rodzaju mieszanki mineralno asfaltowe, które wytwarza się z materiału mineralnego, najczęściej kruszywa łamanego, piasku i wypełniacza wapiennego oraz asfaltu drogowego. W wielu publikacjach opisane są różne sposoby poprawiania cech użytkowych mieszanek bitumicznych, w wyniku, których można uzyskać zwiększenie odporności nawierzchni na obciążenia, koleinowanie i spękania oraz odporności na działanie czynników atmosferycznych. Sposoby te polegają na poprawianiu właściwości podstawowych materiałów do produkcji mieszanek, zwłaszcza polepszaniu cech asfaltu drogowego przez jego modyfikację, np. polimerem i stosowaniu różnych dodatków, stabilizująco-modyfikujących. Z polskiego opisu zgłoszeniowego wynalazku nr P znana jest modyfikowana mieszanka mineralno-asfaltowa o nieciągłym uziarnieniu, składająca się z asfaltu zwykłego lub modyfikowanego, kruszywa mineralnego, granulatu gumowego o uziarnieniu do 10 mm i włókna polimerowego. Mieszanka ta wykazuje odporność na spękanie i szczególnie zalecana jest do wykonywania wierzchniej warstwy na zniszczonych, spękanych powierzchniowo, nawierzchniach drogowych. W polskim opisie zgłoszeniowym P wymienione zostały różne znane włókna, stanowiące dodatek do mieszanek mineralno asfaltowych oraz omówione zostały efekty wynikające z ich stosowania, a także niekorzystne cechy znanych włókien. Do włókien tych należą włókna celulozowe, a generalnie włókna pochodzenia roślinnego, włókna wełniane, wełna żużlowa bądź wata szklana oraz ich mieszaniny. Efekt wynikający ze stosowania włókien do mieszanki, to poprawa odporności na pękanie i propagację pęknięć przynajmniej w takim zakresie, w jakim włókna te mogą tworzyć mikrowzmocnienia wewnątrz mieszanki mineralno-asfaltowej. Jako niekorzystne cechy włókien pochodzenia roślinnego, tj. włókien celulozowych, wymieniono ich degradację pod wpływem wody i utratę spójności pomiędzy kruszywem i spoiwem w mieszance, co powoduje utratę wytrzymałości mechanicznej mieszanki w trakcie eksploatacji nawierzchni. Włókna waty szklanej i wełny żużlowej nie ulegają uszkodzeniu wskutek działania wody, ale ich stosowanie jest szkodliwe dla otoczenia, ponieważ mogą rozprzestrzeniać się w powietrzu i powodować różne podrażnienia u ludzi, a poza tym mają tę wadę, że trudno je rozprowadzać w mieszankach mineralno-asfaltowych i często pozostają w warstwach powierzchniowych mieszanek. Włóknisty materiał wzmacniający do mieszanek mineralno asfaltowych nawierzchni drogowych, stanowiący przedmiot polskiego zgłoszenia patentowego P , uzyskuje się głównie z włókien szklanych o średnicy większej lub równej 5 mikrometrów długości większej lub równej 6 mm. W zgłoszeniu tym opisano również proces wytwarzania włóknistego materiału wzmacniającego, polegający na doborze przędzy, z której uzyskuje się włókna, i operację mielenia, w której rozdrabnia się przędzę na włókna, a także zastosowanie włókna uzyskanego w ten sposób jako materiału wzmacniającego do mieszanek mineralno asfaltowych i mieszankę do nawierzchni drogowych, zawierającą wymieniony materiał wzmacniający z włókien szklanych. Jedną ze znanych i powszechnie stosowanych mieszanek do wykonywania warstwy ścieralnej nawierzchni drogowej, niezależnie od klasy drogi i kategorii ruchu, a również w niektórych przypadkach do warstwy wiążącej, jest mieszanka SMA, produkowana z dodatkiem środka stabilizującego. Mieszankę tę stosuje się także do ultra cienkiej warstwy ścieralnej nawierzchni drogowych oraz nawierzchni lotnisk i obiektów mostowych. Stawiane wymagania pod względem właściwości mechanicznych i powierzchniowych są uzależnione od kategorii drogi i rodzaju obiektu, na którym ma być mieszanka ta zastosowana. Zasady stosowania mieszanki SMA, projektowania i wytwarzania mieszanki są opisane w publikacji Zasady wykonywania nawierzchni z mieszanki SMA" - wydawnictwo Instytutu Badawczego Dróg i Mostów, Mieszanka SMA składa się z mieszanki mineralnej o określonym uziarnieniu, asfaltu lub polimeroasfaltu w ilości od 6,0 do 8,0% m/m w stosunku do MMA (mieszanki mineralno-asfaltowej), środka adhezyjnego w ilości od 0,2 do 0,9% m/m w stosunku do asfaltu i środ-

3 PL B1 3 ka stabilizującego w ilości od 0,2 do 1,5% m/m w stosunku do masy mieszanki SMA. Jako stabilizator stosowane jest włókno celulozowe, które dodaje się do materiału kamiennego w trakcie mieszania składników. Środek adhezyjny natomiast dodaje się, w stosownej ilości, w zależności od zawartości asfaltu w mieszance mineralno-asfaltowej. Dodawanie do mieszanki włókna celulozowego, jako środka stabilizującego, zapobiega segregacji składników podczas transportu, ale jak to wcześniej stwierdzono, nie wpływa korzystnie na właściwości użytkowe nawierzchni. Jedyną cechą, według której określa się przydatność środka stabilizującego do mieszanki, jest spływność mastyksu w mieszance SMA. Cechę tę oznacza się najczęściej metodą Schellenberga. Dopuszczalną spływność ustalono doświadczalnie jako wynoszącą nie więcej niż 0,3% (m/m). Znane jest także z wielu publikacji wykorzystywanie do materiałów budowlanych dodatku włóknistego, otrzymywanego w trakcie procesu utylizacji wyrobów gumowych, wzmacnianych kordem tekstylnym, jak opony samochodowe, taśmy transporterów. Z opisu patentowego US znany jest wielowarstwowy kompozytowy blok, wykonany z asfaltu z dodatkiem materiału włóknistego, otrzymywanego ze zużytych opon samochodowych w wyniku recyklingu w procesie kriogenicznego rozdrabniania opon, przeznaczony do ochrony przed cieknącymi płynami eksploatacyjnymi z samochodów (np. oleje, smary) i stosowany do wykonania parkingów i dróg o małej szybkości poruszania się. Bloki, w których wierzchnia warstwa wykonana jest z kompozytu zawierającego asfalt i dodatek włóknisty mają powierzchnię szczelną, ale o małym współczynniku tarcia, co ogranicza ich przeznaczenie tylko do wykonywania niewielkich powierzchni, np. na stacjach paliw i parkingach. W dokumencie DE opisano metodę modyfikacji lepiszcza asfaltowego przez dodanie włókien organicznych i nieorganicznych, w tym z kordu z opon samochodowych (wyrobów gumowych), które dodaje się w celu modyfikacji asfaltu. Zgodnie z opisanym sposobem włókna organiczne i nieorganiczne przed dodaniem do lepiszcza powinny być otoczone środkiem poprawiającym przyczepność do asfaftu, co umożliwi ich równomierne rozprowadzenie w lepiszczu asfaltowym. W tym celu zastosowano zabieg pokrywania włókien gumą. Celem wynalazku jest uzyskanie w procesie utylizacji zużytych wyrobów gumowych zbrojonych kordem tekstylnym, w tym z opon samochodowych, wyrobu spełniającego wymagania dodatku włóknistego o cechach stabilizująco-wzmacniająco-modyfikujących do różnego rodzaju mieszanek mineralno-asfaltowych, przeznaczonych do wykonywania nawierzchni drogowych. Według wynalazku włóknisty dodatek do mieszanek mineralno-asfaltowych, przeznaczonych do wykonywania nawierzchni drogowych, otrzymywany z tekstylnego kordu wyrobów gumowych, zwłaszcza z opon samochodowych w wyniku rozdrobnienia wyrobów i oddzielenia włókien kordu, stanowiących mieszaninę syntetycznych włókien polimerowych i/lub poliestrowych, i/lub wiskozowych, i/lub poliamidowych, i/lub para-aramidowych o temperaturze topnienia nie niższej niż 220 C, składa się ze zgremplowanych włókien kordu, o długości nie większej niż 30 mm, korzystnie od 2 do 10 mm i pozostałości rozdrobnionej gumy w postaci granulatu o uziarnieniu do 8,0 mm w ilości do 40% m/m. W korzystnym wykonaniu, znajdujący się granulat gumowy we włóknistym dodatku charakteryzuje się następującym uziarnieniem w podziale na zawartość poszczególnych frakcji pozostałości gumy w stosunku do materiału włóknistego: frakcja (pył gumowy) poniżej 0,085 mm do 30%, frakcja od 0,085 do 2,0 mm do 15%, frakcja od 2,0 do 8,0 mm do 5% m/m. Proces uzyskania włóknistego dodatku w trakcie rozdrabniania mechanicznego pociętych zużytych wyrobów gumowych zbrojonych kordem tekstylnym, w tym opon samochodowych do postaci granulatu polega na tym, że proces rozdrobnienia pociętych wyrobów gumowych prowadzi się metodą mechaniczną w temperaturze otoczenia, a zgremplowane włókna tekstylne, zawierające pozostałość rozdrobnionej gumy w ilości do 40% m/m, oddziela się od granulatu gumowego w kolejnych etapach rozdrabniania w granulatorach na frakcje od 10 do 20 mm, od 4 do 10 mm i od 3 do 8 mm. Oddzielone od gumy w trakcie rozdrabniania zgremplowane włókna kordu tekstylnego wraz z pozostałością granulatu gumowego odprowadza się do pojemnika, z którego następuje odbiór materiału włóknistego po zapakowaniu w pakiety lub worki. Zgodnie z wynalazkiem włóknisty dodatek, wytworzony według podanego sposobu, stosuje się jako materiał stabilizujący i/lub wzmacniająco-modyfikujący w mieszankach mineralno-asfaltowych do nawierzchni drogowych. Mieszanka mineralno-asfaltowa do nawierzchni drogowych według wynalazku składająca się z mineralnego kruszywa łamanego, wypełniacza mineralnego i lepiszcza - asfaltu drogowego, zawiera zgremplowany włóknisty dodatek, otrzymany z kordu tekstylnego wyrobów gumowych, o długości

4 4 PL B1 włókna do 30 mm, korzystnie o długości od 2 do 10 mm, w ilości do 4,0% m/m, korzystnie od 0,3 do 1% m/m w stosunku do mieszanki, w którym znajduje się granulat gumy o uziarnieniu do 8 mm w ilości do 40% masy dodatku włóknistego. Mieszanka mineralno asfaltowa w szczególnym wykonaniu zawiera dodatek włóknisty, w którym zawartość poszczególnych frakcji granulatu gumowego w stosunku do masy tego dodatku wynosi: frakcja poniżej 0,085 mm do 30% m/m, frakcja od 0,085 mm do 2,0 mm do 15% m/m, frakcja od 2,0 mm do 8,0 mm do 5% m/m. Proces produkcji mieszanki według wynalazku polega na tym, że kruszywo podgrzewa się do temperatury otaczania, tj. od 150 do 200 C i następnie dodaje się do tego kruszywa włóknisty dodatek w sposób ciągły lub periodycznie i miesza, po czym dodaje się lepiszcze bitumiczne i całość miesza w temperaturze otaczania. Znajdujący się w temperaturze otoczenia włóknisty dodatek nie wymaga wstępnego podgrzewania i proces ten nie wymaga dodatkowego, wydłużonego, czasu wygrzewania z kruszywem. Mieszanka mineralno-asfaltowa z włóknistym dodatkiem może być zastosowana przede wszystkim w mieszankach SMA, jak również w mieszankach z betonu asfaltowego oraz w technologii mieszanek o nieciągłym uziarnieniu zwanymi MNU (mieszanka o nieciągłym uziarnieniu). Zgodnie z wynalazkiem mieszanka ta może służyć do wykonania warstwy ścieralnej w nawierzchniach nowych i eksploatowanych oraz do wykonania niższych warstw nawierzchni drogowych. W zależności od uziarnienia mieszanki i przeznaczenia wykonywanej warstwy nawierzchni asfaltowej, grubość warstwy może wynosić od 1,5 cm do 14 cm. W zależności od rodzaju mieszanki mineralno asfaltowej i przeznaczenia tej mieszanki ustala się korzystną zawartość granulatu gumowego we włóknistym dodatku. Jest to korzystna cecha wynalazku, ponieważ nie jest konieczne całkowite oddzielanie granulatu i pyłu gumowego od zgremplowanych włókien kordu, co obniża koszt produkcji włóknistego dodatku. Długość włókien, znajdujących się we włóknistym dodatku, ma istotne znaczenie, ponieważ od tego zależy funkcja, jaką spełniają włókna w mieszance. Włókna krótkie do 2 mm pełnią w większym stopniu rolę stabilizatora, ponieważ zapobiegają spływności asfaltu z kruszywa w mieszance, natomiast włókna dłuższe, powyżej 2 mm tworzą mikro zbrojenie w mieszance mineralno-asfaltowej poprzez zdolność do tworzenia połączeń pomiędzy ziarnami kruszywa o charakterze mostków. Dobór uziarnienia granulatu gumowego we włóknistym dodatku wynika z tego, że najdrobniejsza frakcja granulatu gumowego do 0,085 (pył gumowy) stanowi modyfikator lepiszcza asfaltowego, natomiast zawartość frakcji grubszej, powyżej 0,085 mm, została ograniczona tak, aby nie wpływała na zwiększenie zawartości wypełniacza mieszanki mineralno-asfaltowej, dzięki czemu nie zmniejsza się zawartość wolnych przestrzeni w mieszance, w następstwie czego występuje większa odporność nawierzchni, wykonanej z mieszanki mineralno-asfaltowej, na koleinowanie. Zalety wynikające ze stosowania wynalazku, to przede wszystkim uzyskanie dodatku do mieszanek mineralno-asfaltowych przeznaczonych do wykonywania nawierzchni drogowych, który jednocześnie może spełnić rolę stabilizatora mieszanki, przeciwdziałającego segregacji składników, modyfikatora, wpływającego na poprawę cech użytkowych mieszanki, ze względu na bardzo korzystne właściwości mechaniczne tekstylnego materiału włóknistego, jak wytrzymałość na rozciąganie i odporność na degradację pod wpływem wody i zmieniających się warunków atmosferycznych. Dzięki zawartości w tym włóknistym dodatku granulatu i pyłu gumowego uzyskuje się korzystną modyfikację asfaltu, co dodatkowo zwiększa odporność mieszanki na działanie czynników atmosferycznych. Te korzystne cechy włóknistego dodatku według wynalazku wynikają z tego, że otrzymany jest z kordu tekstylnego, stanowiącego wzmocnienie wyrobów gumowych, w tym opon, decydującego o wytrzymałości tych wyrobów, a więc jest zbudowany z jednego lub wielu rodzajów włókien najwyższej jakości, jak włókna para-aramidowe, poliestrowe, poliamidowe, wiskozowe. Dla przykładu włókno para-aramidowe jest jednym z najlepszych pod względem wytrzymałości na rozciąganie przy małym ciężarze właściwym. Odznacza się również doskonałą wytrzymałością termiczną i stabilnością wymiarową oraz niewielkim wydłużeniem przy zerwaniu. Nie ulega korozji i jest odporne na działanie większości chemikaliów. Włókno to jest także niepalne, nieprzewodzące oraz odporne na zużycie. Włókno poliamidowe jest wytwarzane z syntetycznego polimeru o bardzo dużej wytrzymałości na rozciąganie, o wysokim module sprężystości, twardości i odporności na ścieranie. Również włókna poliestrowe odznaczają się dużą wytrzymałością na rozerwanie, zginanie i ścieranie, dobrą odpornością na działanie światła, czynników chemicznych (słabe kwasy i alkalia), są odporne biologicznie, bardzo słabo chłoną wodę.

5 PL B1 5 Włókna wiskozowe, oznaczane na oponach jako Rayon, są właściwie włóknami celulozowymi, ale o zdecydowanie zmienionych i poprawionych właściwościach. Włókna w zgremplowanym kordzie tekstylnym, oddzielonym w procesie rozdrabniania zużytych wyrobów gumowych, jak opony samochodowe, nie tracą własności fizycznych i doskonale nadają się jako dodatek do mieszanek mineralno asfaltowych nawierzchni drogowych. Dodatkową bardzo istotną zaletą wynalazku jest wykorzystanie tekstylnego odpadu powstającego w wyniku utylizacji zbrojonych tekstyliami wyrobów gumowych, przede wszystkim opon samochodowych, taśm transporterowych itp., w sposób przyjazny dla środowiska. Tekstylny odpad z wyrobów gumowych dotychczas jest utylizowany przez spalanie w piecach, w przemyśle energetycznym, co powoduje emisję zanieczyszczeń powietrza z uwagi na uwalniające się w procesie spalania trujące tlenki węgla, azotu, siarki itp. Wynalazek jest bliżej objaśniony w podanych przykładach wykonania i na rysunku, na którym fig. 1 schemat procesu otrzymywania włóknistego dodatku do mieszanek mineralno-asfaltowych, fig. 2 - spływność mieszanek mineralno asfaltowych wg metody Schellenberga. Włóknisty dodatek otrzymuje się w procesie utylizacji zużytych opon samochodowych znanymi metodami, takimi jak: - metodą mechaniczną w temperaturze otoczenia przy użyciu młynów i specjalnych granulatorów, - metodę kriogeniczną oziębiając pocięte opony ciekłym azotem, a następnie rozdrabniając je za pomocą młynów młotkowych, - metodą na mokro", - rozdrabnianie wodą pod wysokim ciśnieniem. W niniejszym przykładzie wykonania opisano najbardziej rozpowszechnioną metodę mechanicznego rozdrabnianie w temperaturze otoczenia, którą przedstawiono na schemacie - fig. 1. Metoda ta polega na wstępnym pocięciu opony na tzw. strzępiarkach 1. Następnie tak otrzymane strzępy rozdrabnia się na poszczególne frakcje za pomocą specjalnych młynów i walcarek, tzn. granulatorów, o różnym stopniu granulacji. Granulatory 2, 4 i 5 połączone są z przesiewaczami, służącymi do sortowania otrzymanego granulatu gumowego na kolejne frakcje: granulator 2 - frakcja od 10 do 20 mm, granulator 4 - frakcja od 4 do 10 mm, granulator 5 - frakcja od 3 do 8 mm. Stalowy kord usuwa się za pomocą elektromagnesów 3 do magazynów 8 i 9. Włókna kordu tekstylnego od granulatu gumowego oddziela się po każdym etapie granulacji i odprowadza przewodem 11 do separatorów pneumatycznych, tzw. wialni 6, gdzie następuje odsianie granulatu od włóknistego kordu. Oczyszczony oraz zgremplowany w trakcie procesu rozdrabniania kord tekstylny magazynuje się w silosach 7. Produkt z silosów 7, ewentualnie po dodatkowym odsianiu granulatu gumowego, jest pakowany na stanowisku 10 w pakiety lub topliwe worki jako włóknisty dodatek do mieszanek mineralno-asfaltowych. Przykładowy skład włóknistego dodatku, nadającego się do mieszanek mineralno-asfaltowych podano w tablicy 1. T a b l i c a 1. Skład włóknistego dodatku do mieszanek mineralno-asfaltowych Skład włóknistego dodatku Rozdrobnienie Sito mm Udział % Pył gumowy 0-0,085 20,0 Granulat gumowy 0,085-2,0 10,0 Splecione włókno z granulatem gumowym > 2,0 2,0-8,0 20,0 Włókno z kordu tekstylnego (czyste) długości 0-20 mm 50,0 Włóknisty dodatek, o składzie podanym w tabl. 1, zastosowano do mieszanki mineralno- -asfaltowej SMA jako stabilizator, zapobiegający segregacji składników, zamiast znanego i dotychczas stosowanego dodatku celulozowego. W tablicy 2 podano składy czterech wariantów mieszanki mineralno - asfaltowej SMA8: Wariant A stanowi mieszanka z mastyksu grysowego SMA8 (porównawcza) bez żadnego stabilizatora. Wariant B stanowi mieszanka z mastyksu grysowego SMA8 z włóknami celulozowymi o zawartości 0,3% m/m. Wariant C stanowi mieszanka z mastyksu grysowego SMA8 z włóknistym dodatkiem stabilizująco-wzmacniająco-modyfikującym o zawartości 0,6% m/m. Wariant D stano-

6 6 PL B1 wi mieszanka z mastyksu grysowego SMA8 z włóknistym dodatkiem stabilizująco-wzmacniająco- -modyfikującym o zawartości 0,3% m/m, pozbawionym granulatu gumowego. T a b l i c a 2. Składy mieszanki mineralno-asfaltowej SMA8. Rodzaj mieszanki SMA8 Lp. Skład mieszanki A B C D Zawartość w % m/m 1 Grys bazaltowy 5/8 71,3 71,3 71,3 71,3 2 Grys bazaltowy 2/5 0,0 0,0 0,0 0,0 3 Piasek łamany 0/2 12,2 12,2 12,2 12,2 4 Mączka wapienna 10,3 10,3 10,3 10,3 5 Włóknisty dodatek - - 0,6 0,3 6 Włókna celulozowe - 0, Środek adhezyjny 0,3 0,3 0,3 0,3 8 Asfalt modyfikowany 6,2 6,2 6,2 6,2 Mieszanki wykonano w sposób następujący: Mieszanka A: Do podgrzanego kruszywa do temperatury 180 C dodano asfalt i mączkę mineralną oraz środek antyadhezyjny. Całość mieszano w temperaturze około 180 C aż do uzyskania jednorodności. Mieszanka B: Wykonana podobnie jak w wariancie A z tym, że dodatkowo dodano środek stabilizujący w postaci włókien celulozowych w ilości 0,3% m/m w stosunku do MMA. Mieszanka C: W mieszance tej zastosowano jako stabilizator włóknisty dodatek o składzie podanym w tabl. 1 w ilości 0,6% m/m w stosunku do MMA i wykonano mieszankę mineralno asfaltową. Mieszanka D: W mieszance tej zastosowano jako stabilizator włóknisty dodatek o składzie podanym w tabl. 1 w ilości 0,3% m/m (po odsianiu granulatu gumowego) w stosunku do MMA i wykonano mieszankę w technologii na gorąco, w następujący sposób: Odważona porcja kruszywa po wysuszeniu w piecu obrotowym podawana jest do otaczarni, do której wsypuje się następnie, w trakcie mieszania, porcjami włóknisty dodatek o temperaturze otoczenia, oraz wypełniacz wapienny. Po dodaniu do kruszywa całej, zgodnej z receptą ilości włóknistego dodatku i wymieszaniu z kruszywem w temperaturze otaczania, od 150 do 200 C dodaje się lepiszcze i całość miesza się w tej samej temperaturze, aż do uzyskania jednorodności. Uzyskaną mieszankę typu SMA można stosować do wykonania wierzchnich warstw nawierzchni drogowej o grubości od 1,5 do 14 cm. Składy mieszanek A, B, C i D podano w tablicy 2 i na fig. 2. T a b l i c a 3. Porównanie wyników badań mieszanek mineralno-asfaltowych. Rodzaj mieszanki A B C D Badania niskotemperaturowe TSRST, C -27,5-25,5-28,0-27,0 Badania spływności Schellenberga, % m/m fig. 2 fig. 2 fig. 2 fig. 2 Z przeprowadzonych badań zmęczeniowych mieszanek SMA8, o składzie podanym w tabl. 2 wynika, że mieszanka C z włóknistym dodatkiem przy takim samym odkształceniu przenosi nieco większą liczbę cykli obciążeń, porównywalne do mieszanki A bez żadnego dodatku stabilizującego. Świadczy to o tym, że włóknisty dodatek oprócz właściwości stabilizujących, posiada właściwości wzmacniające, dzięki czemu wydłużona jest trwałość nawierzchni drogowej. Mieszanka B, w której zastosowano powszechnie znane i dotychczas stosowane włókna celulozowe wykazała najgorszą charakterystykę zmęczeniową.

7 PL B1 7 Przykład składu betonu asfaltowego wykonanego znanym sposobem, bez dodatku i według wynalazku - z zastosowaniem włóknistego dodatku podano w tablicy 4. T a b l i c a 4. Składy mieszanki mineralno-asfaltowej typu beton asfaltowy BA12. Rodzaj mieszanki BA12 Lp. Skład mieszanki Bez dodatku Z włóknistym dodatkiem Zawartość w% m/m 1 Grys bazaltowy 8/11 26,8 26,2 2 Grys bazaltowy 5/8 15,2 15,0 3 Grys bazaltowy 2/5 11,8 11,3 3 Piasek łamany 0/2 33,0 29,5 4 Mączka wapienna 8,2 8,0 5 Włóknisty dodatek - 2,0 7 Środek adhezyjny 0,02 0,02 8 Asfalt zwykły 5,0 5,0 Uzyskany beton asfaltowy z mieszanki zawierającej włóknisty dodatek, o składzie podanym w tablicy 4, charakteryzuje się zwiększoną wytrzymałością na zmęczenie, oraz zwiększoną odpornością niskotemperaturową w porównaniu z mieszanką bez dodatku. Beton asfaltowy stosuje się do wszystkich warstw nawierzchni o różnej grubości i przeznaczeniu. Skład włóknistego dodatku ma istotny wpływ na parametry użytkowe mieszanek mineralno asfaltowych. Dla mieszanek SMA zawartość w włóknistym dodatku granulatu gumowego ma istotny wpływ na wymaganą ilość tego dodatku w celu uzyskania odpowiedniej spływności mieszanki, co pokazano na wykresie (fig. 2), na którym linia I charakteryzuje spływność mieszanki SMA z asfaltem zwykłym drogowym i materiałem włóknistym, który zawiera około 40% granulatu gumowego, linia II - tę samą mieszankę, ale z włóknistym dodatkiem bez pozostałości granulatu gumowego, linia III - mieszankę jak linia I ale z asfaltem modyfikowanym, linia IV- mieszankę jak linia III lecz z włóknistym dodatkiem bez granulatu gumowego, linia V - mieszankę z asfaltem zwykłym i stabilizatorem z włókien celulozowych. Z wykresów wynika, że aby uzyskać wymaganą spływność mieszanki, na poziomie około 0,3% m/m w zależności od typu zastosowanego lepiszcza należy dodać różne ilości stabilizatora, co podano w tablicy 5. T a b l i c a 5. Przykładowe składy zastosowania włóknistego dodatku w mieszankach mineralno-asfaltowych. Mieszanka SMA8 z różnym asfaltem i rożnym składem włóknisteqo dodatku % m/m Asfalt zwykły + włóknisty dodatek z granulatem gumowym 0,9 Asfalt zwykły + włóknisty dodatek bez granulatu gumowego 0,3 Asfalt modyfikowany + włóknisty dodatek z granulatem gumowym 0,4 Asfalt modyfikowany + włóknisty dodatek bez granulatu gumowego 0,2 Z zestawienia w tablicy 5 wynika, że tylko przy zastosowaniu asfaltu zwykłego i włóknistego dodatku z granulatem gumowym konieczne jest zwiększenie ilości tego dodatku w mieszankach mineralno-asfaltowych, aby uzyskać wymaganą spływność. Nawierzchnia wykonana z mieszanki z włóknistym dodatkiem, według wynalazku, jest bardziej odporna na zmęczenie. Dzięki obecności w mieszance wysokiej jakości włókien syntetycznych, nie-

8 8 PL B1 ulegających biodegradacji i niechłonących lepiszcza w takim stopniu jak włókna celulozowe, poprawiona jest odporność nawierzchni na spękania niskotemperaturowe. W mieszankach mineralno-asfaltowych typu SMA lub MNU dodatek włóknisty stanowi stabilizator przeciwdziałający spływaniu lepiszcza asfaltowego z kruszywa. Działanie stabilizujące włóknistego dodatku wg wynalazku ma charakter mikrozbrojenia powodującego zatrzymanie lepiszcza na kruszywie, podczas gdy przy zastosowaniu stabilizatorów celulozowych mechanizm zapobiegania spływności wynika z bardzo dużej chłonności włókien celulozowych, co w konsekwencji prowadzi do zmniejszenia odporności zmęczeniowej i niskotemperaturowej mieszanek z tymi włóknami. Zastrzeżenia patentowe 1. Włóknisty dodatek do mieszanek mineralno-asfaltowych stosowanych do nawierzchni drogowych, otrzymywany z tekstylnego kordu wyrobów gumowych, zwłaszcza z opon samochodowych, znamienny tym, że stanowią go zgremplowane włókna kordu o długości nie większej niż 30 mm, korzystnie od 2 do 10 mm, zawierające pozostałości rozdrobnionej gumy w postaci granulatu o uziarnieniu do 8,0 mm w ilości do 40% m/m. 2. Włóknisty dodatek według zastrz. 1, znamienny tym, że zawartość poszczególnych frakcji pozostałości gumy w stosunku do materiału włóknistego wynosi: frakcja poniżej 0,085 mm do 30% m/m, frakcja od 0,085 do 2,0 mm do 15% m/m, od 2,0 do 8,0 mm do 5% m/m. 3. Sposób otrzymywania włóknistego dodatku do mieszanek mineralno asfaltowych w trakcie procesu rozdrabniania zużytych wyrobów gumowych, zwłaszcza opon samochodowych, zawierających kord tekstylny do postaci granulatu gumowego, znamienny tym, że proces rozdrobnienia pociętych wyrobów gumowych prowadzi się metodą mechaniczną w temperaturze otoczenia, a zgremplowane włókna tekstylne, zawierające pozostałość rozdrobnionej gumy w ilości do 40% m/m, oddziela się od granulatu gumowego w kolejnych etapach rozdrabniania w granulatorach na frakcje od 10 do 20 mm, od 4 do 10 mm i od 3 do 8 mm. 4. Mieszanka mineralno asfaltowa do nawierzchni drogowych, składająca się z mineralnego kruszywa łamanego, wypełniacza mineralnego, i lepiszcza asfaltowego oraz dodatku włóknistego otrzymanego z kordu tekstylnego wyrobów gumowych, zwłaszcza opon samochodowych, znamienna tym, że zawiera zgremplowany włóknisty dodatek o długości włókna do 30 mm, korzystnie od 2 do 10 mm, w ilości do 4% m/m, korzystnie od 0,3 do 1% m/m w stosunku do mieszanki, w którym znajduje się granulat gumy o uziarnieniu do 8,0 mm w ilości do 40% masy włóknistego dodatku. 5. Mieszanka według zastrz. 4, znamienna tym, że zawartość poszczególnych frakcji granulatu gumowego w stosunku do masy włóknistego dodatku wynosi: frakcja poniżej 0,085 mm do 30% m/m, frakcja od 0,085 do 2,0 mm do 15% m/m, frakcja od 2,0 do 8,0 mm do 5% m/m.

9 PL B1 9 Rysunki

10 10 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)