Wpływ dodatku zeolitu na temperaturę zagęszczania mieszanek mineralno-asfaltowych

Transkrypt

1 Wpływ dodatku zeolitu na temperaturę zagęszczania mieszanek mineralno-asfaltowych The effect of zeolite addition at a temperature compaction of asphalt mixes Mgr inż. Agnieszka Woszuk Dr inż. Jerzy Kukiełka Dr hab. inż. Wojciech Franus Prof. PL

2 Podział technologii produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych mma na gorąco temp. produkcji C (Hot Mix Asphalt), mma na ciepło temp. produkcji C (Warm Mix Asphalt), mma na półciepło temp. produkcji C (Half- Warm Mix Asphalt), mma na zimno temp. produkcji 0 40 C (cold mixes). Rys. Klasyfikacja mieszanek mineralno asfaltowych według temperatur i przybliżone zużycie paliwa 1) 1) [Judycki J. Badania mieszanek mineralno-asfaltowych o obniżonej temperaturze otaczania, projekt badawczy dla GDDKiA, 2011]

3 Aspha-Min Zeolit syntetyczny zawierający około 21 % wody wydzielanej w temperaturach C Po dodaniu do mma woda zeolitowa paruje spieniając asfalt, co umożliwia otoczenie ziaren kruszywa w niższych temperaturach Dozowanie -0,3% w stosunku do masy mma W recepcie mma zeolit zastępuje wypełniacz

4 Wyniki badań - zeolity Dyfraktogramy składu mineralnego materiałów zeolitowych KLINOPTILOLIT Na-P1 Fazy zeolitowe 80% opal kwarc skalenie potasowe mullit kwarc szkliwo glinokrzemianowe

5 Wyniki badań - zeolity Mikrofotografie SEM zeolitów wybranych do badań KLINOPTILOLIT płytki o rozmiarach µm Na-P1 agregaty płytkowe o rozmiarach 1-3 µm

6 Wyniki badań - zeolity Skład chemiczny zeolitów wybranych do badań Skład Klinoptilolit % Na-P1 % SiO 2 68,02 37,93 Al 2 O 3 12,92 18,83 Na 2 O 0,69 6,57 MgO 0,75 1,15 P 2 O 5 0,16 0,31 SO 3 0,09 0,25 K 2 O 3,36 1,00 CaO 3,71 14,41 TiO 2 0,20 0,83 MnO 0,06 0,08 Fe 2 O 3 2,11 5,09

7 Wyniki badań - zeolity Parametry teksturalne kinoptilolitu i NaP1 Materiał S BET m 2 /g V mic cm 3 /g S mic m 2 /g V mes cm 3 /g S mes m 2 /g D p nm Klinoptilolit 18,3 0,05 7,68 0, ,65 10,5 Na-P1 86,8 0,32 32,84 0, ,01 11,6 gdzie: S BET powierzchnia właściwa, V mic /V mes objętość mikroporów/ objętość mezoporów, S mic /S mes powierzchnia mikroporów/powierzchnia mezoporów, D p średni promień porów

8 Wyniki badań - zeolity 60 Rozkład wielkości cząstek zeolitów Clinoptilolite Na-P ,01 0, KLINOPTILOLIT bimodalny rozkład cząstek I maksimum 25 µm Na-P1 modalny rozkład cząstek maksimum 25 µm II maksimum 300 µm

9 Wyniki badań - zeolity Wymiar otworów sita [mm] dolna granica górna Uziarnienie wypełniacz wapienny zeolit NaP1 Procent przechodzącej masy klinoptilolit , ,9 0, , ,9 0, ,8

10 gęstość [g/cm 3 ] Wyniki badań - zeolity 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 2,618 wypełniacz wapienny Gęstość [g/cm³] 2,135 klinoptilolit 2,319 zeolit NaP1

11 nasiąkliwość [%] Wyniki badań - zeolity Nasiąkliwość [%] wypełniacz wapienny klinoptilolit zeolit NaP1

12 Wyniki badań - zeolity Dozowanie zeolitu na podstawie zwartości wody i optymalnej jej ilości do spienienia asfaltu w mieszance mineralno-asfaltowej. Dozowanie zeolitu Naturalny (Klinoptilolit) Syntetyczny (NaP1) Nienasączany Nasiąkliwość/Wilgotność 50% 160% 10% Asfalt w AC 4,50% 4,50% 4,50% Dodatek zeolitu w stosunku do MMA 0,20% 0,07% 1,13% Zawartość zeolitu w stosunki do asfaltu 5,00% 1,75% 25,0% Zawartość wody w stosunku do asfaltu 2,50% 2,63% 2,50%

13 Wyniki badań - zeolity Warstwa wiążąca z betonu asfaltowego, KR 3-6 (AC 16 W) Nazwa składnika mieszanki Udział w mieszance [%] MM MMA wypełniacz dodany 3 2,9 zeolit* Kruszywo drobne niełamane 0/ ,4 Kruszywo o ciągłym uziarnieniu łamane 0/ ,1 Kruszywo grube 2/ ,2 Kruszywo grube 8/ Kruszywo grube 11/ ,1 Asfalt 35/50 4,5 4,5 Zeolit od 0,07 do 1,13

14 Wolna przestrzeń V m [%] Wyniki badań MMA 8,0 7,0 AC 16 W z dodatkiem zeolitu naturalnego klinoptilolitu 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 AC 16 W AC 16 W + Z N nienasączony 1,13% AC 16 W + Z N nasączony 0,23% AC 16 W + Z N nasączony 0,6% Temperatura zagęszczania [ ]

15 Wolna przestrzeń V m [%] Wyniki badań MMA 8,0 AC 16 W z dodatkiem zeolitu syntetycznego NaP1 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 AC 16 W AC 16 W +ZS 1,13% AC 16 W + ZS nasączony 0,07% AC 16 W + ZS nasączony 0,2% Temperatura zagęszczania [ ]

16 Moduł sprężystości NAT [MPa] Wyniki badań MMA ,0 AC 16 W z dodatkiem zeolitu naturalnego klinoptilolitu , , , , , , , ,0 AC 16 W AC 16 W + Z N nienasączony 1,13% AC 16 W + Z N nasączony 0,23% AC 16 W + Z N nasączony 0,6% Temperatura zagęszczania [ ]

17 Moduł sprężystości NAT [MPa] Wyniki badań MMA ,0 AC 16 W z dodatkiem zeolitu syntetycznego NaP , , , , , , ,0 AC 16 W AC 16 W +ZS 1,13% AC 16 W + ZS nasączony 0,07% AC 16 W + ZS nasączony 0,2% Temperatura zagęszczania [ ]

18 ITMR [%] Wyniki badań MMA 110,0% AC 16 W z dodatkiem zeolitu naturalnego klinoptilolitu 100,0% 90,0% 80,0% 70,0% 60,0% 50,0% AC 16 W AC 16 W + Z N nienasączony 1,13% AC 16 W + Z N nasączony 0,23% AC 16 W + Z N nasączony 0,6% Temperatura zagęszczania [ ]

19 ITMR [%] Wyniki badań MMA 110,0% AC 16 W z dodatkiem zeolitu syntetycznego NaP1 100,0% 90,0% 80,0% 70,0% 60,0% 50,0% AC 16 W AC 16 W +ZS 1,13% AC 16 W + ZS nasączony 0,07% AC 16 W + ZS nasączony 0,2% Temperatura zagęszczania [ ]

20 Wolna przestrzeń V m [%] Wyniki badań MMA 13,0 Gęstość objętościowa w zależności od temperatury zagęszczania 12,0 11,0 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 160 C 145 C 130 C 5,0 Referencyjna Klinoptilolit 0,25% Klinoptilolit 0,5% Klinoptilolit 0,75% Klinoptilolit 1,0%

21 Wolna przestrzeń Vm [%] Wyniki badań MMA 13,0 12,0 Gęstość objętościowa w zależności od temperatury zagęszczania 11,0 10,0 9,0 8,0 7,0 160 C 145 C 130 C 6,0 5,0 Referencyjna NaP1 0,25% NaP1 0,5% NaP1 0,75% NaP1 1,0%

22 Wnioski Możliwe jest obniżenie temperatury zagęszczania MMA poprzez zastosowanie różnych rodzajów zeolitu, w tym klinoptilolitu. Rodzaj zeolitu oraz zawartość w nim wody ma bezpośredni wpływ na uzyskiwany efekt obniżenia temperatury zagęszczania MMA. Próbki zagęszczane w ubijaku Marshalla w temperaturze C po dodaniu optymalnych ilości zeolitu posiadają zbliżone cechy fizykomechaniczne do próbek referencyjnych MMA zagęszczanych w temperaturze C. Na podstawie badań zagęszczalności w prasie żyratorowej optymalna ilość dodatku klinoptilolitu wynosi 1% a zeolitu Na-P1 0,5%, bez dodatkowego nasączania.

23 Badania były finansowane z projektu: Program Współpracy Transgranicznej Polska- Białoruś-Ukraina PL-BY-UA NrIPBU /11-00 Dziękuję za uwagę