Aktywny wypełniacz mieszany Asphacal H, a poprawa parametrów jakościowych mma.

Transkrypt

1 Aktywny wypełniacz mieszany Asphacal H, a poprawa parametrów jakościowych mma. Dominik Małasiewicz I Ogólnopolskie Seminarium Specjalistyczne i remonty konstrukcji nawierzchni drogowych WZMACNIANIE NAWIERZCHNI listopada 2014, Kraków

2 Lhoist w liczbach 2

3 Lhoist w Polsce Rosja Litwa N i e m c y Bukowa Wojcieszów Sabinów Tarnów Opolski Górażdże-Wapno Warszawa Białoruś Zakłady w Polsce: Bukowa od 1996 Tarnów Opolski od 1998 Wojcieszów od 2000 Górażdże od 2002 Sabinów od 2002 Czechy Słowacja Ukraina

4 Produkty Lhoist 4

5 O wapnie słów kilka 5

6 Definicje - PN-EN Wapno wapniowe Wapno Wapno dolomitowe Wapno powietrzne Wapno budowlane Wapno hydratyzowane Wapno palone Wapno suchogaszone

7 Cykl życia wapna START 7

8 Co Kowalski mówi o drogach w Polsce???

9 Więcej dróg... Lepszej jakości...

10 D z i u r y... K o l e i n y... S p ę k a n i a...

11 Skąd te problemy??? Przyczyn jest wiele...

12 Przyczyny uszkodzeń mma: - słabej jakości kruszywo - słaba jakość asfaltu - błędy w układaniu nawierzchni - ciężkie warunki atmosferyczne: mróz, woda - błędy projektowe - źle przygotowane podłoże pod nawierzchnię asfaltową - i wiele innych... 12

13 MMA materiał kompozytowy faza ciągła lepiszcze (asfalt) faza rozproszona kruszywo + wolne przestrzenie Właściwości kompozytu nigdy nie są sumą ani średnią właściwości składników tworzących kompozyt Zależą od: - składu ilościowego - sposobu rozmieszczenia składników - powiązań jakie pomiędzy nimi zachodzą 13

14 Jaki wpływ na mma ma wypełniacz mieszany

15 wypełniacz mieszany Co to takiego jest???

16 PN-EN 13043:2004 pkt WT-1:2014 wypełniacz mieszany Kruszywo wypełniające pochodzenia mineralnego, wymieszane z wodorotlenkiem wapnia Mączka wapienna CaCO 3 Wapno hydratyzowane Ca(OH) 2 mieszanie Wypełniacz mieszany Asphacal PN-EN 13043:2004

17 Wypełniacze mieszane - oferta Lhoist Asphacal H H15 H20 H50

18 Wapno hydratyzowane Zgodny z normą PN-EN Oznaczony znakiem CE Gęstość ~ kg/m 3 Gęstość nasypowa ~ 400 kg/m 3 Odczyn zasadowy ph = Drobne cząstki o dużej porowatości wysoka powierzchnia właściwa 18

19 Wapno hydratyzowane jest super drobnym wypełniaczem CAL W: Mączka wapienna D: Dolomit M: Melafir B: Bazalt CAL: Wapno hydratyzowane źródło Grabowski et al., Proc. Mairepav 6,

20 Widok z mikroskopu SEM

21 Dawno, dawno temu, czyli jak to się wszystko zaczęło

22 Trochę historii Pierwsze wzmianki o zastosowaniu wodorotlenku wapnia w przemyśle drogowym datuje się na początek XX wieku. Przez kolejne lata niewiele się w tej dziedzinie działo, aż do początku lat 70. XX wieku, kiedy to W Stanach Zjednoczonych odnotowano wzmożony proces niszczenia nawierzchni asfaltowych,

23 Przyczyna Nie do końca udało się ustalić, dlaczego uszkodzenia wystąpiły prawie równocześnie we wszystkich stanach, Jednak za główną przyczynę destrukcji nawierzchni asfaltowych uznano utratę przyczepności asfaltu do powierzchni kruszywa

24 Proces odmywania asfaltu Złe właściwości kruszywa nie są kompensowane przez zastosowanie asfaltu o super właściwościach. asfalt Brak kontaktu kruszywo-asfalt 24

25 Badanie odmywania kruszywa Porfir po gotowaniu (60 minut) 25

26 Jak temu zaradzić czyli efekty i korzyści stosowania wypełniacza mieszanego.

27 Wapno poprawia adhezję pomiędzy kruszywem i asfaltem Właściwości kruszywa w sposób dominujący wpływają na podatność MMA na proces odmywania asfaltu z powierzchni kruszywa. Marmur Wapień, dolomit Piaskowiec Bazalt Granit Kwarcyt % SiO2 Kwasowość kruszywa zależy od zawartości krzemionki < 55% SiO 2 kruszywa zasadowe % SiO 2 kruszywa obojętne > 65% SiO 2 kruszywa kwaśne > 80% SiO 2 kruszywa ultra kwaśne

28 Modyfikacja powierzchni kruszywa, poprawia przyczepność asfaltu wapno hydratyzowane umożliwia wytrącanie się jonów wapnia na powierzchni ziaren kruszywa, dzięki czemu staje się ona bardziej sprzyjająca dla asfaltu. Jony Ca 2+ rozlokowują się na powierzchni kruszywa (Ishai + Craus, AAPT, 1977) kruszywo Wiązania jonowe kruszywo Asfalt lepiej przylega do powierzchni zawierających Ca 2+ niż Si 4+ (cf. Hicks, NCHRP 175, 1991) 28

29 Badanie odmywania kruszywa Porfir po gotowaniu (60 minut) Porfir po gotowaniu (60 minut) z wapnem hydratyzowanym 29

30 Nie tylko poprawa adhezji!!!

31 Wysoka porowatość wapna hydratyzowanego decyduje o unikalnych właściwościach wypełniacza mieszanego % porów powietrznych 60-70% porów powietrznych Wypełniacz mineralny Wapno hydratyzowane Porównanie porowatości otwartej wg Rigdena (EN ) wapna hydratyzowanego z wypełniaczem mineralnym

32 stiffening effect (delta R&B - C) Poprawa sztywność mma w podwyższonych temperaturach... Wysoka wartość porów wg Rigdena powoduje wystąpienie dużego efektu usztywniającego y = x R 2 = 0.95 BRRC study Univ. Poznan study relationship between Rigden air voids and stiffening effect in bitumen for several fillers data from Vansteenkiste + Vanelstraete (BRRC), AAPT 2008 Grabowski et al. (Poznan Univ. Technol.), Mairepav dry porosity of the filler (Rigden air voids - %)

33 Stiffness (Pa)...ale nie powoduje kruchości w niskich temperaturach Brak spękań niskotempera -turowych 70/100 + mixed filler w/ 40% lime 70/100 + limestone filler 70/100 Korzystny wpływ na koleinowanie stiffness of mastics (bitumen + 50% filler) and base 70/100 bitumen versus temperature data from Wortelboer et al. (ESHA/LCPC), E&E 1996

34 rut depth (%) Zwiększa odporność MMA na koleinowanie Efekty usztywniający większa odporność na koleinowanie rut depth of AC 14 data from LCPC ,000 10, ,000 loading cycles AC 14 35/50 AC 14 35/ % lime

35 Zwiększa odporności mma na działanie wody i mrozu (ITSR) W obecności wody, wiązanie pomiędzy kruszywem i asfaltem ulega osłabieniu, aż do momentu gdy jest na tyle słabe, że ziarna nie są dalej utrzymywane na swoim miejscu. Proces odmywania asfaltu z powierzchni ziaren kruszywa from LCPC, ME52, 1998 Cykle zamarzania i rozmarzania wzmacniają niekorzystne działanie wody, co przy ostrej zimie może powodować powstawanie wybojów.

36 Badania wykazały, że im bardziej wymagająca metoda badania (im więcej cykli zamrażania i rozmrażania np. AASHTO T-283) tym przewaga wapna hydratyzowanego nad innymi dodatkami wzrasta. S.C. Huang, R.E. Robertson, J.F. Branthaver and J.C. Petersen; J. Materials in Civil Engineering 17(6), pp , 2005

37 Viscosity (60C), Stokes Ogranicza efekt starzenia się asfaltu Time in Years No Additive Hydrated Lime Figure 3 Field Data Demonstrating the Effect of Hydrated Lime on the Hardening of Asphalt Binder Based on Utah Data (After Jones, 1997) Łącznie się hydratu z kwaśnymi składnikami asfaltu powoduje spowolnienie procesu oksydacji, a tym samym sztywność mieszanki wolniej przyrasta.

38 Spowalnia proces chemicznego starzenia się asfaltu. niezależnie od jego rodzaju. Badanie przeprowadzone za pomocą metody TFAAT Thin Film Accelerated Aging Test (odpowiada przetrzymywaniu próbki przez 3 dni w temp. 113 st. Celcjusza w warunkach wymianu powietrza). Źródło pochodzenia asfaltu J.C. Petersen, H. Plancher, P.M. Harnsberger; Proc. Association Asphalt Paving Technologists 56, pp , 1987

39 W efekcie spowalniamy zachodzące w mieszance procesy starzeniowe powodujące pękanie nawierzchni from LCPC, ME52, 1998

40 Wzrost trwałość nawierzchni Doświadczenia USA: Żywotność mieszanek z hydratem jest od 2-10 lat większa 20-50% większa trwałość 40

41 Weryfikacja jakościowo ilościowa dodatku wapna hydratyzowanego do mma

42 Metoda amerykańska Opracowana przez Federalną Administrację ds. Autostrad. Polega na pomiarze w podczerwieni widma wypełniacza z zastosowaniem transformaty Fouriera (ang. FTIR - Fourier Transform Infra-Red) i ilościowym oznaczaniu zawartości wapna hydratyzowanego na podstawie natężenia linii widmowej. Widmo FTIR wapna hydratyzowanego. Analizę tę wykonuje się w łatwy sposób przez użycie g pyłu pozyskanego przy wierceniu udarowym w mieszance asfaltowej wiertłem 9,5 mm z końcówką z węglika wolframowego.

43 Metoda niemiecka Jest bardzo prosta i wywodzi się z metod określania charakterystyki wapna zdefiniowanych w normie EN Zasadniczo w metodzie niemieckiej wydziela się trzy różne procedury określania charakterystyki wapna: 1. Czystość wapna hydratyzowanego. 2. Zawartość wapna hydratyzowanego w wypełniaczu mieszanym. 3. Zawartość wapna hydratyzowanego w wypełniaczu wyekstrahowanym z mieszanki asfaltowej. Test polega na miareczkowaniu kwasem chlorowodorowym zawiesiny produktu, jaki ma być poddany badaniu. Kwas ten musi być słabszy (0,5 M) dla wypełniaczy mieszanych lub ekstrahowanych, tak aby zapewnić dostosowanie do niższej alkaliczności. Wypełniacz jest pozyskiwany z mieszanki asfaltowej poprzez ekstrakcję bituminu przy użyciu rozpuszczalnika, jak opisano to w normie EN

44 Doświadczenia z kraju i ze świata

45 Doświadczenia USA ~40Mt mieszanek asfaltowych jest modyfikowanych za pomocą wapna hydratyzowanego 1-2% dodatek wapna hydratyzowanego 20-50% wzrost trwałości nawierzchni, wg lokalnych administratorów dróg Lime in all mixes Lime in some mixes No Lime / Unknown map from E. Berger

46 Doświadczenia europejskie ~1Mt mieszanek asfaltowych jest modyfikowanych w Holandii za pomocą wapna hydratyzowanego Obligatoryjne stosowanie wapna hydratyzowanego w asfaltach porowatych (70% całej sieci autostrad) 2% dodatek wapna hydratyzowanego Brak wapna = przedwczesne zużycie nawierzchni picture from

47 Doświadczenia europejskie Wapno hydratyzowane stosowane jest jak Europa długa i szeroka m.in. w: Austrii, Belgi, Wielkiej Brytanii, Francji, Niemczech picture from SANEF aż do 3.5% wapna hydratyzowanego w SMA i warstwie wiążącej (Austria i Szwajcaria) wschodnia Francja mieszanki Górskie produkowane z użyciem wapna hydratyzowanego; lepsza odporność w ciężkim klimacie Francuska Agencja ds. Autostrad (SANEF) uczyniła stosowanie hydratu w warstwach ścieralnych obligatoryjnym z uwagi na 20-25% wyższą żywotność nawierzchni

48 Projekt ulicy Żelaznej w Kielcach Dwie sekcje o długości 350m każda, wybudowane w 1999r. I. SMA z wapnem hydratyzowanym II. SMA ze środkiem adhezyjnym (ciekła amina) Kategoria ruchu KR4 Dwa etapy badawcze laboratoryjny ekspolatacyjny Okres badań i monitorowania czynników oddziałujących na nawierzchnię 12 lat from Pr. Iwański, Research Report for EuLA 2.33/1.28/2011/2012

49 Projekt ulicy Żelaznej w Kielcach Odporność na działanie wody ITSR nawierzchni SMA Odporność nawierzchni SMA na deformacje trwałe Odporność na działanie wody TSR nawierzchni SMA Wnioski: Obie mieszanki spełniają stawiane im wymagania, jednak mieszanka z wapnem hydratyzowanym cechuje się dużo lepszymi wartościami badanych parametrów. M.Iwański, Research Report for EuLA 2.33/1.28/2011/2012

50 Budowa autostrady A4 Węzeł Szarów - Węzeł Brzesko (km )

51 Skład mma AC22W 25/55-60 z wypełniaczem wapiennym Składniki %(m/m) 16/22 dolomit 25,8 8/16 dolomit 14,4 4/8 dolomit 13,4 0/4 dolomit 11,5 2/5 gabro 11,0 0/2 gabro 16,3 wypełniacz wapienny 3,3 asfalt PMB 25/ ,3

52 Badania mma AC22P 35/50 z wypełniaczem wapiennym

53 Ciekawostka Francuska Federation Internationale de l Automobile (FIA) nakłada wymóg stosowania wapna hydratyzowanego do warstwy ścieralnej nawierzchni torów wyścigowych.

54 Ile i jak zadozować 54

55 Ilość dodatku wapna hydratyzowanego do mma Optymalna dawka jest zawsze ustalana doświadczalnie dla każdej mieszanki mineralno-asfaltowej Doświadczenia pokazują, że wagowo jest to dodatek od 1 4 % w stosunku do masy suchego kruszywa Projekt mieszanki powinien uwzględniać wapno hydratyzowane jako część wypełniacza mineralnego

56 Metody dodawania wapna hydratyzowanego EUROPA USA Czyste wapno hydratyzowane (1-4% m. suchego kruszywa) Wypełniacz mieszany Czyste wapno hydratyzowane (1-2% m. suchego kruszywa) Czyste wapno hydratyzowane dodawane do mokrego kruszywa Mleczko wapienne z sezonowaniem kruszywa (nawet 6 miesięcy) bez sezonowania kruszywa

57 Podsumowując

58 Efekty stosowania wapna hydratyzowanego Środek adhezyjny poprawiający przyczepność asfaltu do kruszywa, a tym samym redukujący stopień odmycia asfaltu z powierzchni kruszywa Nie działa selektywnie dowolna kombinacja: rodzaj kruszywa rodzaj asfaltu Aktywny wypełniacz mineralny zwiększa sztywność nawierzchni asfaltowej (tylko w temperaturach wyższych od temperatury pokojowej), a tym samym zmniejszający podatność mma na koleinowanie

59 Efekty stosowania wapna hydratyzowanego Wiąże części pylaste występujące na powierzchni zanieczyszczonego kruszywa stabilizując jego powierzchnię Spowalnia kinetykę oksydacji (utlenienia) asfaltu opóźniając procesy starzenia eksploatacyjnego mma Zwiększa odporność na niskotemperaturowe pękanie nie traci swoich właściwości w podwyższonych temperaturach Zwiększa trwałość nawierzchni

60 Dokumenty Zapisy WT : Do warstw ścieralnych z SMA i BBTM dla wszystkich kategorii ruchu zaleca się stosować wypełniacz mieszany oraz Do obu warstw z asfaltu porowatego dla wszystkich kategorii ruchu zaleca się stosować wypełniacz mieszany.

61 Z a p r a s z a m y n a s t o i s k o!!! Dane kontaktowe: Dominik Małasiewicz dominik.malasiewicz@lhoist.com Dziękuję za uwagę! 61