DOBÓR RODZAJU LEPISZCZY ASFALTOWYCH STOSOWANYCH DO BUDOWY NAWIERZCHNI DRÓG KRAJOWYCH I SAMORZĄDOWYCH W POLSCE. prof. dr hab. inż. Piotr Radziszewski

Transkrypt

1 DOBÓR RODZAJU LEPISZCZY ASFALTOWYCH STOSOWANYCH DO BUDOWY NAWIERZCHNI DRÓG KRAJOWYCH I SAMORZĄDOWYCH W POLSCE prof. dr hab. inż. Piotr Radziszewski

2 Plan prezentacji 2 1. Wstęp 2. Właściwości funkcjonalne wysokotemperaturowe 3. Właściwości funkcjonalne niskotemperaturowe 4. Propozycja doboru lepiszczy asfaltowych do budowy nawierzchni drogowych w Polsce różnych kategorii 5. Wnioski

3 Wstęp Średnia temperatura powietrza wybranych stacji meteorologicznych w Polsce Stacje meteorologiczne Temperatura [ 0 C] Średnia temperatura, 0 C Skrajne temp., 0 C Amplituda temperatur Max.. Min. skrajnych, C Białystok Suwałki Hel Łeba Warszawa Zielona Góra Kalisz Łódź Lublin Wrocław Jelenia Góra Zakopane

4 Wstęp Maksymalne siedmiodniowe średnie temperatury powietrza 33,5 33,0 Suwałki Białowieża Białystok śr.t.suw śr.t. B-ża śr.t. B-stok T.obl.Suw T.obl.B-ża T.obl.B-stok 32,5 32,0 31,5 Temperatura [ C 31,0 30,5 30,0 29,5 29,0 28,5 28,0 27,5 27,0 26,5 26, Rok 4

5 Wstęp Najniższe jednodniowe temperatury powietrza Rok Temperatura [ Suwałki Białowieża Białystok -37 śr.t.suw śr.t. B-ża śr.t. B-stok -38 T.obl.Suw T.obl.B-ża T.obl.B-stok 5

6 Wstęp - Badania środowiskowe Oczekiwania w zakresie właściwości nawierzchni drogowych Perspektywy i kierunki rozwoju konstrukcji oraz nowych rozwiązań materiałowo-technologicznych nawierzchni drogowych w aspekcie ochrony środowiska i zrównoważonego rozwoju 6/28

7 Wstęp 7 Lepiszcza asfaltowe kształtują właściwości mieszanek mineralno-asfaltowych odporność na odkształcenia trwałe odporność na spękania zmęczeniowe odporność na spękania niskotemperaturowe

8 Wstęp 8 Właściwości funkcjonalne odporność lepiszcza asfaltowego: w wysokiej temperaturze - na odkształcenia trwałe (koleiny) w niskiej temperaturze spękania indukowane termicznie w średnich temperaturach zniszczenia zmęczeniowe Właściwości reologiczne określenie odporności lepiszcza asfaltowego na odkształcenia w funkcji obciążenia, czasu jego trwania, w szerokim zakresie zmiany temperatury Dobry asfalt to lepiszcze o szerokim temperaturowym zakresie lepkosprężystości zakres lepkosprężystości

9 Wstęp 9 WWnioski Realizacja projektu badawczego pt. Weryfikacja wymagań i metod oceny właściwości lepkosprężystych krajowych asfaltów i asfaltów modyfikowanych GDDKiA projekt w latach Lepiszcza asfaltowe wg wymagań obowiązującym norm spełniają podstawowe właściwości klasyfikacyjne przypisane poszczególnym rodzajom lepiszczy. Istnieje problem oceny właściwości niskotemperaturowych lepiszczy asfaltowych. Wszystkie badane lepiszcza asfaltowe wykazują dobrą odporność na wysokie temperatury eksploatacyjne. Większość badanych lepiszczy modyfikowanych charakteryzuje się wysoką wartością nawrotu sprężystego co potwierdza badanie mikrostruktury lepiszczy zaliczanych do mieszanin homogenicznych. Wykazano, że lepiszcza asfaltowe należące do określonej grupy twardości wykazują duże zróżnicowanie właściwości niezależnie od producenta lepiszcza. Podobne zróżnicowanie właściwości występuje, gdy porównujemy lepiszcza różnych producentów. Lepiszcza asfaltowe pomimo, że wykazały zgodność z wymaganiami klasyfikacyjnymi mają zróżnicowane właściwości reologiczne w grupach twardości i producentów. Pytanie: Czy stosując lepiszcza asfaltowe spełniające wymagania podstawowe normowe ale mające zróżnicowane właściwości reologiczne istnieje możliwość budowania trwałych nawierzchni dróg w Polsce?

10 Wstęp 10 RID-1/25: Asfalty drogowe i modyfikowane w polskich warunkach klimatycznych GDDKIA, NCBIR - projekt w latach Konsorcjum -Politechnika Warszawska -Politechnika Gdańska -Instytut Badawczych Dróg i Mostów

11 Właściwości wysokotemperaturowe 11

12 Właściwości wysokotemperaturowe 12 Badanie właściwości lepiszczy w wysokich temperaturach eksploatacyjnych -DSR Moduł zespolony ścinania lepiszczy przed i po starzeniu RTFOT Lepiszcze oryginalne G*/sinδ 1.00 kpa Lepiszcze po RTFOT - G*/sinδ 2.20 kpa

13 Właściwości wysokotemperaturowe 13 Badanie właściwości lepiszczy w wysokich temperaturach eksploatacyjnych -DSR Górny zakres PG 64 0 C 70 0 C 76 0 C 50/70 70/100 35/50 PmB 45/ /30 PmB 10/ C PmB 45/80-65 PmB 25/55-60 CR PmB 45/80-55 CR MG 35/50-57/69 MG 50/70-54/ C PmB 25/55-60

14 Właściwości wysokotemperaturowe 14 Test cyklicznego pełzania z odprężeniem MSCR Dynamiczne ścinanie DSR wg. AASHTO TP70 (płytki równoległe o średnicy 25 mm, szczelina 1mm Cykl obciążenia: 1 sekunda, 9 sekund odprężenie - powtarzany jest dziesięć razy Określa się odkształcenie sprężyste R oraz nieodwracalną część modułu podatności Jnr procentowa różnica nieodwracalnej części modułu podatności J (naprężenie 3.2 kpa oraz 0.1 kpa) Wymagania dotyczące odporności na deformacje trwałe lepiszczy asfaltowych wg AASHTO MP Standardowy S J nr3,2 4.0 kpa -1 J nrdiff 75% Duży H J nr3,2 2.0 kpa -1 J nrdiff 75% Kategoria ruchu Bardzo duży V J nr3,2 1.0 kpa -1 J nrdiff 75% Ekstremalnie duży E J nr3,2 0.5 kpa -1 J nrdiff 75% S kategoria standardowa, nawierzchnia drogowa o obciążeniu mniejszym niż 10 milionów ESAL (equivalent single axle loads), za odpowiednik w Polsce kategoria ruchu KR1, KR2, KR3 oraz częściowo KR4, H kategoria ruchu dużego, obciążenie nawierzchni ruchem od 10 do 30 milionów ESAL, co odpowiada w Polsce kategorii ruchu KR4 KR5, V kategoria ruchu bardzo dużego - obciążenie nawierzchni ruchem powyżej 30 milionów ESAL, co odpowiada w Polsce kategorii ruchu KR5 KR6, E kategoria ruchu ekstremalnie dużego - obciążenie nawierzchni ruchem powyżej 30 milionów ESAL z ograniczoną prędkością ruchu poniżej 20km/h, w Polsce kategoria ruchu KR6 KR7.

15 Właściwości wysokotemperaturowe 15 Test cyklicznego pełzania z odprężeniem MSCR R= J nr, Lepiszcze asfaltowe PmM 10/40-65 PmB 25/55-60 PmB 45/80-55 PmB 45/80-65 PmB 25/55-80 PmB 45/80-80 PmB 65/ Zawartość polimeru 2,7 % 2,9 % 3,7 % 2,6 % 6,3 % 6,8 % 7,2 % Zależność pomiędzy odkształceniem sprężystym a nieodwracalną częścią modułu podatności stosowana przy sprawdzeniu efektywności modyfikacji lepiszczy asfaltowych polimerami Ekstremalnie duży E J nr3,2 0.5 kpa -1

16 Właściwości niskotemperaturowe 16 m

17 Właściwości niskotemperaturowe 17 Badanie właściwości lepiszczy w niskich temperaturach eksploatacyjnych -BBR

18 Właściwości niskotemperaturowe 18 Badanie właściwości lepiszczy w niskich temperaturach eksploatacyjnych -BBR Dolny zakres PG C C C?? 20/30 35/50 PmB 10/40-65 PmB 25/ /70 70/100 PmB 45-80/55 PmB 45/80-65 PmB 25/55-60 CR PmB 45/80-55 CR MG 35/50-57/69 MG 50/70-54/64

19 Właściwości niskotemperaturowe 19 PG wg kryterium S dla lepiszczy modyfikowanych i wielorodzajowych Dolne zakres PG C C C 20/30 35/50 50/70 PmB 25/55-60 PmB 10/ /100 PmB 45-80/55 PmB 45/80-65 PmB 25/55-60 CR C C PmB 45/80-55 CR MG 35/50-57/69?? MG 50/70-54/64??

20 Właściwości niskoi wysokotemperaturowe 20 Temperaturowe zakresy plastyczności i lepkosprężystości Rodzaj lepiszcza Temp. łamliwości wg Frassa Temp. pękania kruchego wg BBR Temp. mięknienia wg PiK Temp. płynięcia lepkiego wg DSR Zakres plastyczności Zakres lepkosprężystości 20/ , , / , , / , , / , ,0 80 PMB 10/ , ,2 93 PMB 25/ , ,6 105 PMB 45/ , ,2 93 PMB 45/ , ,6 98 PMB 25/55-60 CR , PMB 45/80-55 CR , ,6 103 MG 35/50-57/ ,0 102 MG 50/70-54/ ,0 111

21 Właściwości niskoi wysokotemperaturowe 21 Klasyfikacja PG badanych lepiszczy asfaltowych Rodzaj funkcjonalny PG 20/30 35/50 50/70 70/100 PmB 10/40-65 PmB 25/55-60 PmB 45/80-55 PmB 45/80-65 PmB 25/55-60 CR PmB 45/80-55 CR MG 35/50-57/69 MG 50/70-54/64 PG PG PG PG PG PG PG PG PG PG PG 82-34?? PG 82-34??

22 Lepiszcza specjalne - właściwości niskoi wysokotemperaturowe RUBBERBIT producent STRABAG Sp. z o.o. (Lepiszcze gumowo-asfaltowe) POLYGUM PmB 45/80-70 producent Petro-Chem Technologies Europe Sp. zo.o. Stosowanie szczególne przeznaczenie, np. warstwy antyzmęczeniowe, antyspękaniowe RUBBERBIT PG POLYGUM PmB 45/80-70 PG ASFALTY WYSOKOMODYFIKOWANE

23 Lepiszcza asfaltowe do nawierzchni dróg autostradowych i ekspresowych(kr6-kr7) - wymagania klimatyczne Polski 23 Zakres PG dla warstwy ścieralnej nawierzchni Wymagane PG Warstwa ścieralna P=95% PG PMB 45/80-65* PMB 45/80-80* PMB 65/ PMB 65/ PMB 45/80-55 CR PG Lepiszcze gumowo-asfaltowe PmB 45/80-70 Poligum PMB 45/80-55 PMB 45/80-65 PMB 45/80-80 PMB 65/ PMB 65/ PMB 45/80-55 CR Lepiszcze gumowo-asfaltowe PmB 45/80-70 Poligum *konieczna poprawa dolnego PG o jedną klasę

24 Lepiszcza asfaltowe do nawierzchni dróg autostradowych i ekspresowych - wymagania klimatyczne Polski 24 Zakres PG dla warstwy wiążącej nawierzchni Wymagane PG Warstwa wiążąca PG PG P=95% PMB 45/80-65* PMB 45/80-80* PMB 25/55-80* PMB 45/80-55 CR Lepiszcze gumowo-asfaltowe PmB 45/80-70 Poligum PG PG PMB 10/45-60* 35/50* PMB 25/55-60 PMB 25/55-80 PMB 45/80-55 PMB 45/80-65 PMB 45/80-80 PMB 45/80-55 CR Lepiszcze gumowo-asfaltowe PmB 45/80-70 Poligum *konieczna poprawa dolnego PG o jedną klasę

25 Lepiszcza asfaltowe do nawierzchni dróg autostradowych i ekspresowych - wymagania klimatyczne Polski 25 Zakres PG dla warstwy podbudowy nawierzchni Wymagane PG Warstwa podbudowy P=95% PG PMB 10/40-60* 35/50* PMB 25/55-60 PMB 25/ /70 PMB 45/80-55 PMB 45/80-65 PMB 45/80-80 PMB 25/55-60 CR PMB 45/80-55 CR Lepiszcze gumowo-asfaltowe PG PMB 10/40-60* 35/50* PMB 25/55-60 PMB 25/ /70 PMB 45/80-55 PMB 45/80-65 PMB 45/80-80 PMB 25/55-60 CR PMB 45/80-55 CR Lepiszcze gumowo-asfaltowe *konieczna poprawa dolnego PG o jedną klasę

26 Lepiszcza asfaltowe do nawierzchni dróg krajowych 26 KR3-KR5- wymagania klimatyczne Polski Zakres PG dla warstwy ścieralnej nawierzchni Wymagane PG Warstwa ścieralna P=80% PG PMB 45/80-65* PMB 45/80-80 PG PG PMB 65/ PMB 65/ Lepiszcze gumowo-asfaltowe PmB 45/80-70 Poligum 50/70 PMB 45/80-55 PMB 45/80-65 PMB 45/80-80 PMB 65/ PMB 65/ PMB 45/80-55 CR Lepiszcze gumowo-asfaltowe PmB 45/80-70 Poligum *konieczna poprawa dolnego PG o jedną klasę

27 Lepiszcza asfaltowe do nawierzchni dróg krajowych 27 KR3-KR5- wymagania klimatyczne Polski Zakres PG dla warstwy wiążącej nawierzchni Wymagane PG Warstwa wiążąca PG PG P=80% PMB 10/45-60* 35/50* PMB 25/55-60 PMB 25/ /70 PMB 45/80-55 PMB 45/80-65 PMB 45/80-80 PMB 25/55-60 CR PMB 45/80-55 CR Lepiszcze gumowo-asfaltowe 20/30* PMB 10/45-60* 35/50* PMB 25/55-60 PMB 25/ /70 PMB 45/80-55 PMB 45/80-65 PMB 45/80-80 PMB 25/55-60 CR PMB 45/80-55 CR Lepiszcze gumowo-asfaltowe *konieczna poprawa dolnego PG o jedną klasę

28 Lepiszcza asfaltowe do nawierzchni dróg krajowych 28 KR3-KR5- wymagania klimatyczne Polski Zakres PG dla warstwy podbudowy nawierzchni Wymagane PG Warstwa podbudowy P=80% PG PMB 10/45-60* 35/50* PMB 25/55-60 PMB 25/ /70 PMB 45/80-55 PMB 45/80-65 PMB 45/80-80 PMB 25/55-60 CR PMB 45/80-55 CR Lepiszcze gumowo-asfaltowe PG /30* PMB 10/45-60* *konieczna poprawa dolnego PG o jedną klasę 35/50 PMB 25/55-60 PMB 25/ /70 PMB 45/80-55 PMB 45/80-65 PMB 45/80-80 PMB 25/55-60 CR PMB 45/80-55 CR Lepiszcze gumowo-asfaltowe

29 Lepiszcza asfaltowe do nawierzchni dróg niższych kategorii- wymagania klimatyczne Polski 29 Drogi wojewódzkie, powiatowe, gminne, KR1 KR2 Zakres PG dla warstwy ścieralnej nawierzchni Wymagane PG Warstwa ścieralna PG PG PG PG P=50% 50/70* 70/100 *konieczna poprawa dolnego PG o jedną klasę

30 Lepiszcza asfaltowe do nawierzchni dróg niższych 30 kategorii- wymagania klimatyczne Polski Zakres PG dla warstwy wiążącej nawierzchni KR1-KR2 Wymagane PG Warstwa wiążąca P=50% PG PG PG /70* *konieczna poprawa dolnego PG o jedną klasę

31 Lepiszcza asfaltowe do nawierzchni dróg niższych kategorii- wymagania klimatyczne Polski 31 Zakres PG dla warstwy podbudowy nawierzchni KR1-KR2 Wymagane PG Warstwa podbudowy P=50% PG PG PG /70* *konieczna poprawa dolnego PG o jedną klasę

32 Wnioski 32 Wszystkie badane lepiszcza asfaltowe wykazują bardzo dobrą odporność na wysokie temperatury eksploatacyjne Istnieje problem oceny właściwości niskotemperaturowych lepiszczy asfaltowych - badanie wg Fraassa jak i badanie wg BBR nie daje pełnej oceny odporności na niskie temperatury. Należy stwierdzić, że metoda ta jest obciążona niedoskonałością w przypadku asfaltów modyfikowanych i wielorodzajowych Na podstawie badań BBR stwierdzono, że lepiszcza asfaltowe charakteryzują się niekorzystnymi właściwościami niskotemperaturowymi Temperaturowy zakres lepkosprężystości wszystkich badanych lepiszczy asfaltowych jest bardzo szeroki i przekracza wartość 80 0 C lecz zakres ten niekorzystnie przesunięty jest w stronę bardzo wysokich temperatur eksploatacyjnych Dolne zakresy temperatury PG wg kryterium S dla lepiszczy modyfikowanych są bardziej korzystne i lepiej odzwierciedlają rzeczywiste zachowanie się tych lepiszczy w niskich temperaturach (inny korzystny rozkład sztywności)

33 Wnioski 33 Lepiszcza komponowane charakteryzują się korzystnymi właściwościami w badaniach laboratoryjnych wymagają dalszych badań na mieszankach i w badaniach polowych Korzystnym jest stosowanie do budowy nawierzchni drogowych w warunkach klimatycznych Polski asfaltów miększych od obecnie powszechnie używanych Wskazane jest przesunięcie (obniżenie) PG (górne) i PG (dolne) asfaltów i lepiszczy modyfikowanych z uwagi na niekorzystnie wysokie PG (dolne) Obecne wymagania wobec asfaltów na rynku polskim wg PN-EN 12591, PN-EN , PN-EN nie są dostosowane do oceny właściwości funkcjonalnych asfaltów (drogowych, modyfikowanych, wysokomodyfikowanych, wielorodzajowych oraz modyfikowanych gumą Istnieje potrzeba zastosowania na etapie oceny właściwości asfaltów nowych metod oceny uwzględniających właściwości reologiczne przy zastosowaniu reometrów DSR i BBR

34 34 Dziękuję za uwagę