Nanotechnologia - Zapobiega niszczącemu działaniu wody. mgr. inż. Piotr Heinrich, , Forum Odwodnienie 2014, Kraków

Transkrypt

1 Nanotechnologia - Zapobiega niszczącemu działaniu wody. mgr. inż. Piotr Heinrich, , Forum Odwodnienie 2014, Kraków Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 1

2 TEZY PREZENTACJI Zastosowanie warstwy ścieralnej z mieszanek mma typu PA (nawierzchnia porowata), która jest przepuszczalna dla wody, wymaga zwrócenia szczególnej uwagi na zabezpieczenie warstw konstrukcyjnych leżących poniżej przed działaniem wody. Działania konieczne: zabezpieczenie kruszywa w PA przed działaniem wody, zapewnienie trwałej i skutecznej izolacji na warstwie wiążącej, skuteczne urządzenia odwodnienia konstrukcji nawierzchni, uszczelnienie połączenia nawierzchni i urządzeń odwadniających, zabezpieczenie kruszyw warstwy wiążącej przed działaniem wody, zabezpieczenie podbudowy przed działaniem wody i mrozu. Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 2

3 DZIAŁANIE WODY NA KONSTRUKCJĘ DROGI Woda opadowa Warstwa ścieralna przepuszczalna Izolacja (ok. 1 cm) Warstwa wiążąca Podbudowa zasadnicza Podbudowa pomocnicza Podłoże gruntowe Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 3

4 ZABEZPIECZENIE PRZED NISZCZĄCYM DZIAŁANIEM WODY Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 4

5 Zabezpieczenie kruszywa przed działaniem wody przy pomocy nanotechnologii alkilo-silanów Kruszywo drogowe Kruszywo pokryte roztworem ZycoTherm Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 5

6 DOZOWANIE DO LEPISZCZA Rodzaj lepiszcza ZycoTherm (% m/m lepiszcza) Drogowy zwykły 0.1 Modyfikowany PMB 0.15 CRMB (Guma 12-15%) 0.15 Granulat asfaltowy RAP *) 0.15**) *) wymagana korekta w laboratorium; **) w stosunku do całkowitej zawartości asfaltu w mma Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 6

7 POPRAWA OTOCZENIA LEPISZCZEM Asfalt drogowy Asfalt z ZycoTherm Asfalt Kruszywo Kruszywo Warstwa łącząca: kruszywo/pyły/powietrze Mikro-szczeliny powietrza w mastyksie - szybsze starzenie lepiszcza - podatność na odmywanie lepiszcza - dostęp wody i środków odladzających bezpośrednio do powierzchni kruszywa Całkowite i równomierne otoczenie kruszywa Całkowite i dokładne otoczenie - ograniczony dostęp powietrza do błonki lepiszcza - szczelne otoczenie wszystkich frakcji - wodoodporność chemiczna (nano) i mechaniczna (asfalt) Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 7

8 ZYCOTERM NIE ZMIENIA WŁAŚCIWOŚCI LEPISZCZA Parametr 50/70 50/70 + 0,15% ZycoTherm Penetracja 25 O C [0,1 mm] Temp. mięknienia PiK [ O C] 50,4 50,6 Temp. łamliwości Fraassa [ O C] Temp. zapłonu [ O C] Żródło: Sprawozdanie z tematu TN/3229/14 IBDiM Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 8

9 % otoczenia kruszywa asfaltem POPRAWIA OTOCZENIE KRUSZYWA Po 5 min. gotowania zgodnie z PN-B Bazalt Porfir Granit Wapień Asfalt 50/70 50/70 + 0,15% ZYCOTHERM Żródło: Sprawozdanie z tematu TN/3229/14 IBDiM Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 9

10 % otoczenia kruszywa asfaltem JEST STABILNY TERMICZNIE 120 Po 5 min. gotowania zgodnie z PN-B Bazalt Porfir Granit Wapień Żródło: Sprawozdanie z tematu TN/3229/14 IBDiM 50/70 + 0,15% ZYCOTHERM po 5 godz. w 163 st. C po 5 godz. w 180 st. C Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 10

11 Pokrycie kruszywa w % ZYCOTHERM SKUTECZNIE CHRONI PRZED ODMYWANIEM LEPISZCZA SZAROGŁAZ 8/11 (50/70 BH) 8/11 (45/80-65 H) 8/11 (50/70 BK) (50/70 BH)+ZYCOTHERM (45/80-65 H)+ZYCOTHERM (50/70 BK)+ZYCOTHERM 0 6h 24h 48h 72h Czas badania[h] Żródło: Badania IBDiM Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 11

12 Pokrycie kruszywa w % ZYCOTHERM SKUTECZNIE CHRONI PRZED ODMYWANIEM LEPISZCZA (2) GRANIT 8/11 (50/70 BH) 8/11 (45/80-65 H) 8/11 (50/70 BK) (50/70 BH)+ZYCOTHERM (45/80-65 H)+ZYCOTHERM (50/70 BK)+ZYCOTHERM h 24h Czas badania [h] 48h 72h Żródło: Badania IBDiM Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 12

13 POPRAWIA ODPORNOŚĆ NA DZIAŁANIE WODY I MROZU Poprawa ITSR - wyższa odporność na rozciąganie pośrednie po działaniu wody i mrozu dłuższa eksploatacja nawierzchni lepsze wyniki z kruszywami o dużej zawartości SiO 2 np. Granit, Kwarcyt rozszerzenie możliwości wykorzystania lokalnych kruszyw o słabszym powinowactwie z asfaltem Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 13

14 POPRAWIA WYNIKI BADANIA ITSR Mieszanka: AC16 W 50/70 Skład: 8/16 Granit 30,53% 2/8 Granit 30,53% 0/2 Granit 28,62% Wypełniacz dodany 5,72% asfalt50/70 4,59% ZycoTherm 0,007% (0,15% Bit.) ,8 61,8 91,8 Wynik koleinowania według WT-2: w 60 O C, w powietrzu Cykli WTS AIR 0,15 = 0,148 PRD AIR Declared = 7,2% 10 0 WT , zał. 1 AC 16 W 50/70 po 120 godz. w 80 st. C AC 16 W 50/70 + 0,15% ZYCOTHERM Żródło: Sprawozdanie z tematu TN/3229/14 IBDiM Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 14

15 POPRAWIA WYNIK BADANIA ITSR 100 ITSR według WT , Załącznik AC 8 S 50/70 + Wettfix AC 8 S 50/70 + ZycoTherm Mieszanka: AC 8 S 50/70 KR 3-4 na żwirach łamanych Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 15

16 POPRAWIA WYNIK BADANIA ITSR ,8 93,6 93,2 98,4 90,7 96, ,6% 5,4% + 0,1% ZT 5,2% + 0,1% ZT 140 st. C 120 st. C Badanie ITSR według WT zał 1 Mieszanka: AC 11 S 50/70 KR 1-2, wapień Celiny Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 16

17 PRZYKŁADY asfalt bez dodatku po 3 latach eksploatacji nowa nawierzchnia Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 17

18 ZABEZPIECZENIE PRZED NISZCZĄCYM DZIAŁANIEM WODY Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 18

19 REAKCJA CHEMICZNA TERRASIL Zmienia powierzchnię wszystkich rodzajów materiałów mineralnych Z powierzchni hydrofilowej (polarnej) na powierzchnię hydrofobową (nie polarną) poprzez nano-modyfikację powierzchni kruszywa w temperaturze pokojowej w roztworze wodnym Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 19

20 DOZOWANIE Warstwa Terrasil : Woda SX 100 w kg Litrów/m 2 lub do pełnego nawilżenia Liczba skropień Dolna pośrednia i górna Skarpy i pochyłości 1 kg : 800 litrów 1 kg : 800 litrów Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 20

21 ZABEZPIECZENIE PRZECIW-WILGOCIOWE Dozowanie Terrasil od 0.5 do 2 kg /m 3 gruntu Ilość dozowanego Terrasil zależy od zawartości frakcji pylastej i ilastej. Większe dozowanie dla większego udziału drobnych frakcji. Stopień rozcieńczenia Terrasil wodą zależy od optymalnej wilgotności gruntu Roztwór Terrasil jest ropylany/rozpryskiwany po powierzchni zagęszczonej warstwy Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 21

22 Cm/sec CBR UZYSKANY W STANIE SUCHYM UTRZYMUJE PO ZAWILGOCENIU utrzymuje wytrzymałość podbudowy i zwiększa wytrzymałość na deformacje przez zachowanie tarcia wewnętrznego między cząstkami gruntu Rodzaj gruntu Bez dodatku po 4 dniach nasiąkania [% CBR] Z dodatkiem TerraSil [%CBR] Po 4 dniach stan suchy 4 dni suchy + 4 dni mokry grunt Bihar grunt Black Cotton Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 22

23 CBR UZYSKANY W STANIE SUCHYM UTRZYMUJE PO ZAWILGOCENIU Skład gruntu: frakcja żwirowa 5% piaskowa 25% pylasta 53% ilasta 17% Gęstość: 2,5 Mg/m3 CBR st. suchy 15,7% st. nawod. 1,4% CBR [%] ,8 kg/m3 1,2 kg/m3 1,6 kg/m dni dni dni Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 23

24 Cm/sec OBNIŻA PRZEPUSZCZALNOŚĆ GRUNTU z 10-9 cm/s do 10-7 cm/s UTRZYMUJĄC 100 % PRZEPUSZCZALNOŚĆ PARY Współczynnik filtracji 6,20E-05 7,00E-05 6,00E-05 5,00E-05 4,00E-05 3,00E-05 2,00E-05 1,00E-05 0,00E+00 pr. kontrolna Obniża współczynnik filtracji 500-krotnie 1,30E-07 pr. z TerraSil Grunt CH (Black Cotton), Khandwa, India Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 24

25 ZAPEWNIA ODDYCHANIE GRUNTU jednostronna bariera: kropla wody nie może wniknąć do warstwy, ale para wodna może przez nią przechodzić nano-modyfikator Terrasil pozostawia otwarte pory w gruncie dla swobodnego przepływu pary wodnej, ale blokuje dostęp wody w postaci kropli do wewnątrz warstwy Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 25

26 NAPIĘCIE POWIERZCHNIOWE napięcie powierzchniowe utrzymuje cząsteczki wody, które pozostają w postaci kropli na hydrofobowej powierzchni kruszywa, wielkość porów w kruszywie ma wymiar ok nm wielkość kropli wynosi ok nm, co nie pozwala wniknąć kropli do wnętrza porów w kruszywie Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 26

27 STABILIZACJA CEMENTEM i WAPNEM Problem grunty stabilizowane są wrażliwe na działanie wilgoci, która uaktywnia reaktywność chemiczną kruszyw (reakcja ASR/AKR) i powoduje utratę nośności gruntu Rozwiązanie Terrasil uniemożliwia podnoszenie kapilarne oraz penetrację wody do wnętrza warstwy stabilizowanej zabezpieczając przed stopniową utratą nośności Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 27

28 SPOSÓB APLIKACJI SKROPIĆ WYSUSZYĆ - SKROPIĆ na zagęszczoną powierzchnię gruntu przy wilgotności optymalnej i zagęszczeniu Proctora > 95% 1-sze skropienie: zabezpiecza powierzchnię gruntu przed działaniem wody w 90-95% 2-gie skropienie: tworzy wodo-odporną porowatą membranę, głęboko penetruje i zabezpiecza mikro szczeliny przed działaniem wody Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 28

29 URZĄDZENIA DO SKRAPIANIA Hydro-obsiewacz Skrapiarka Skrapianie ręczne Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 29

30 WIELOWARTWOWE ZABEZPIECZENIE NASYPU Warstwy związane i konstrukcja asfaltowa Nasyp ziemny i skarpy Zagęszczony grunt Grunt i podbudowa z kruszywa zabezpieczona Terrasil Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 30

31 STABILIZACJA IN SITU Sprzęt badawczy Spulchnianie Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 31

32 STABILIZACJA IN SITU Skropienie powierzchni Wyrównanie Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 32

33 STABILIZACJA IN SITU Zagęszczanie Drugie skropienie Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 33

34 SPRAWDZENIE PODNOSZENIA KAPILARNEGO korytko o głębokości ok.15 cm wypełnić wodą, uzupełniać wodę przez 6 do 8 godzin sucha górna powierzchnia potwierdza efektywność zabezpieczenia przed podciąganiem kapilarnym Niezabezpieczona Zabezpieczona

35 Podstawowym działaniem środków z grupy alkilo-silanów jest trwałe zabezpieczenie materiałów kamiennych, kruszyw oraz gruntów przed wpływem wody Zalety: PODSUMOWANIE chemiczne wiązanie z powierzchnią kruszywa, wydłużenie trwałość nawierzchni, większy margines bezpieczeństwa dla inwestora i wykonawcy aplikacja dodatków nie wymaga nakładów inwestycyjnych, brak negatywnego oddziaływania na środowisko, efekty ekonomiczne przewyższają koszt. Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 35

36 PRODUKTY do mieszanek mineralno-asfaltowych na gorąco do emulsji złączenia międzywarstwowe, PU, Slurry-seal do emulsji skropienia podbudów niezwiązanych do stabilizacji i hydrofobizacji gruntów Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 36

37 W 2013 roku Nanotechnologia Zydex została wyróżniona nagrodą Global Road Achievement Award przez Międzynarodową Federację Drogową IRF Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 37

38 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ Piotr Heinrich Tel Piotr Heinrich Nanotechnologia w drogownictwie 38