Asfalty specjalne. w ofercie ORLEN Asfalt. Asfalty do nawierzchni długowiecznych. typu perpetual pavements

Transkrypt

1 Asfalty specjalne typu perpetual pavements w ofercie ORLEN Asfalt Asfalty do nawierzchni długowiecznych Krakowskie Dni Nawierzchni Kraków dr inż. Krzysztof Błażejowski dr inż. Jacek Olszacki mgr inż. Hubert Peciakowski

2 Wprowadzenie Powszechnie traktuje się nawierzchnie asfaltowe jako mniej trwałe od nawierzchni z betonu cementowego. Jednak wcale tak nie musi być. Kilkanaście lat temu w Europie i USA powstała koncepcja asfaltowych nawierzchni długowiecznych, znana pod nazwami perpetual pavements lub long-lasting pavements. Od tego czasu, wykonano setki odcinków dróg asfaltowych, które w znakomitym stanie przenoszą ciężki ruch samochodowy. Osiągnięcie tego możliwe jest jednak, jeśli koncepcja nawierzchni długowiecznych będzie w pełni rozumiana oraz zostaną zastosowane odpowiednie materiały.

3 Nawierzchnia asfaltowa sposób pracy 3

4 Nawierzchnia asfaltowa sposób pracy 4

5 Nawierzchnia asfaltowa sposób pracy 5

6 Koncepcja nawierzchni asfaltowych perpetual Jak powstała koncepcja asfaltowych nawierzchni długowiecznych: - rok 1972 publikacja Monismith i McLean: Technology of Thick Lift Construction: Structural Design Considerations. AAPT rok 1997 publikacja Nunn, Brown, Weston & Nicholls: Design of Long-Life Flexible Pavements for Heavy Traffic. TRL Report 250, rok 2000 publikacja Huddleston, Buncher, Newcomb: Perpetual pavements. Asphalt Pavement Alliance - rok 2001 publikacja Perpetual Bituminous Pavements. TRB Circular rok 2003 publikacja Fee, Perpetual Pavements: From Concept to Implementation, Rocky Mountain Asphalt Conference,

7 Koncepcja nawierzchni asfaltowych perpetual Nawierzchnia perpetual: Nawierzchnia asfaltowa zaprojektowana na trwałość przekraczającą 50 lat, nie wymagająca znaczących remontów strukturalnych (głębokich), wymagająca wyłącznie okresowych zabiegów powierzchniowych przywracających właściwości jezdne 7

8 Oryginalna koncepcja nawierzchni perpetual z USA 8

9 Zasada nawierzchni asfaltowych perpetual Im większa grubość warstw asfaltowych, tym mniejsze odkształcenia rozciągające (szkodliwość zmęczeniowa). Celujemy w wartości poniżej 100 µε. Cienki pakiet warstw asfaltowych = duże odkształcenia rozciągające Duże odkształcenia rozciągające = mniejsza żywotność zmęczeniowa 9

10 Zasada nawierzchni asfaltowych perpetual Gruby (lub sztywny) pakiet warstw asfaltowych = małe odkształcenia rozciągające Odkształcenia rozciągające poniżej wytrzymałości zmęczeniowej = nieokreślona żywotność zmęczeniowa (poza zakresem mierzalnym) 10

11 odkształcenie, mikrostrain Zasada nawierzchni asfaltowych perpetual Typowy wykres wytrzymałości zmęczeniowej mieszanki min.-asfaltowej: trwałość nieokreślona żywotność zmęczeniowa Nf (liczba cykli do umownej granicy zniszczenia mma) 11

12 Realizacja koncepcji perpetual Dwie koncepcje realizacji odporność zmęczeniowej w podbudowie asf.: metoda francuska/brytyjska twarde asfalty (pen25<30 dmm), sztywne warstwy mma, mała zawartość wolnych przestrzeni, dużo lepiszcza, drobne uziarnienie => mieszanki EME (w Polsce AC WMS) metoda amerykańska asfalty modyfikowane lub wysokomodyfikowane, warstwa z elastycznej mma, mała zawartość wolnych przestrzeni, dużo lepiszcza, drobne uziarnienie => mieszanki AF 12

13 Realizacja koncepcji perpetual w Polsce W Polsce stosowaliśmy do tej pory koncepcję francuską (EME - AC WMS) i to głównie na autostradach i drogach ekspresowych, natomiast koncepcja amerykańska była testowana tylko w kilku przypadkach: - odcinek doświadczalny SPENS w Pruszkowie (grant badawczy IBDIM) w 2007 r. z wykorzystaniem Heavy Vehicle Symulator, warstwa AF z asfaltem modyfikowanym ORBITON 80C - odcinek drogowy na drodze wojewódzkiej ZDW Katowice, warstwa AF z mieszanki SMA 8 z asfaltem modyfikowanym ORBITON 45/80-55, 2009 r. - odcinek drogowy na S8, Strabag, z asfaltem modyfikowanym, 2014 r. 13

14 Realizacja koncepcji perpetual lepiszcza do podbudowy Osiągnięcie wysokich wytrzymałości zmęczeniowch mieszanek mineralnoasfaltowych stosowanych w podbudowie zależy od prawidłowego skomponowania mieszanki oraz odpowiedniego lepiszcza asfaltowego. Przyjmując do rozważań koncepcję amerykańską z asfaltem modyfikowanym polimerami, mamy do wyboru cały asortyment PMB dostępny na rynku polskim. W 2013 r. ORLEN Asfalt rozpoczął testowanie na odcinkach drogowych nowej grupy lepiszczy wysokomodyfikowanych ORBITON HiMA. 14

15 ORBITON HiMA Rodzina lepiszczy wysokomodyfikowanych ORBITON HiMA: ORBITON 25/55-80 HiMA ORBITON 45/80-80 HiMA ORBITON 65/ HiMA Zastosowany skrót HiMA, zgodny z nomenklaturą z USA, oznacza Highly Modified Asphalt.

16 ORBITON HiMA struktura, odwrócona faza Objętość polimeru

17 ORBITON HiMA Cechy charakterystyczne wszystkich asfaltów modyfikowanych ORBITON HiMA: bardzo dobra sprężystość (NS25 > 90%) bardzo niska temperatura łamliwości wg Fraassa (< -20 C) wysokie górne temperatury krytyczne UCT wg Superpave niskie dolne temperatury krytyczne LCT wg Superpave bardzo dobre parametry MSCR, zarówno R jak i Jnr bardzo dobre temperatury zmęczeniowe w Superpave, zarówno dla 5000 i 6000 kpa bardzo dobre wyniki odporności na koleinowanie w małym i dużym aparacie do koleinowania bardzo dobre wyniki odporności na pękanie niskotemperaturowe TSRST znakomite wyniki odporności na zmęczenie mma z ORBITON HiMA

18 Wytrzymałość zmęczeniowa: ORBITON 25/55-80 HiMA, ORBITON 45/80-80 HiMA metoda 4PB-PR (EN ), 10 C, 10 Hz

19 Mieszanki z ORBITON HiMA osiągnęły znakomite wyniki wytrzymałości zmęczeniowej, lokalizujące je w zakresie trwałości poza zakresem mierzalnym przy standardowym obciążeniu 150

20 ORBITON HiMA Wyniki badań zmęczeniowych przeprowadzonych na Politechnice Gdańskiej, na mieszance AC16W wykazały, że: obie mieszanki z asfaltami ORBITON 25/55-80 HiMA i ORBITON 45/80-80 HiMA osiągnęły niespotykaną we wcześniejszych badaniach trwałość zmęczeniową, typowe wartości odkształceń rozciągających w teście wynoszące 130 µε nie powodują w mieszankach większych szkód zmęczeniowych, dopiero odkształcenia większe od 300 µε skutkują efektem powolnego zmęczenia mieszanki mineralno-asfaltowej

21 ORBITON HiMA aproksymacja trwałości zmęczeniowej mieszanek z ORBITON HiMA, przy zastosowaniu uzyskanych równań zmęczeniowych, pozwala uzyskać teoretyczny wynik trwałości przekraczający 500 mln osi, co faktycznie oznacza niezniszczalność zmęczeniową warstwy lub osiągnięcie trwałości ponad 50 lat eksploatacji, tak duża wytrzymałość zmęczeniowa może być wykorzystana w dwojaki sposób: do osiągnięcia bardzo dużej trwałości zmęczeniowej przy standardowej grubości warstw lub do budowania cieńszych nawierzchni o standardowej trwałości

22 ORBITON HiMA ORBITON HiMA - wytrzymałość zmęczeniowa - metoda 4PB-PR (EN ), 10 C, 10 Hz ORBITON 25/55-80 HiMA ORBITON 45/80-80 HiMA Odkształcenie potrzebne do osiągnięcia 10 6 cykli [μɛ] Moduł sztywności

23 ORBITON HiMA Wartość modułu sztywności AC 16W z ORBITONEM 25/55-80 HiMA spełnia wymagania WT do warstwy podbudowy z AC WMS (> MPa) mimo, że badany beton asfaltowy AC16W nie był mieszanką typu WMS. Prawdopodobnie wynik badania AC 16 WMS lub AC 11 WMS wykazałby jeszcze większą sztywność i spełniłby wymagania do AC WMS stosowanego w warstwie wiążącej (> MPa).

24 ORBITON HiMA odporność na koleinowanie

25 ORBITON HiMA odporność na pękanie niskotemp.

26 ORBITON HiMA Odcinki próbne w Polsce Od 2013 roku ORLEN Asfalt, we współpracy z firmami drogowymi i administracją drogową wykonał szereg odcinków testowych z nowym lepiszczem ORBITON HiMA: X.2013 r., DW 789 Kalety, ZDW w Katowicach, 1000 m, ORBITON 65/ HiMA VIII.2014 r., DW 793 Myszków, ZDW w Katowicach, 1500 m, ORBITON 45/80-80 HiMA X.2014 r., DW 928 Kobiór (warstwa ścieralna na obiekcie inżynierskim), ZDW w Katowicach, 800 m, ORBITON 45/80-80 HiMA X.2014 r., obwodnica miasta Skawina, 1000 m, ORBITON 45/80-80 HiMA

27 Odcinki z HiMA: 1. Kalety, X Myszków, VIII Kobiór, X Skawina, X

28 ORBITON HiMA Podsumowanie

29 ORBITON HiMA Podsumowanie ORBITON HiMA, przy zastosowaniu odpowiedniego rodzaju/twardości, jest lepiszczem szczególnie predystynowanym do zastosowań wymagających bardzo dużej trwałości: nawierzchnie asfaltowe poddawane dużym naprężeniom i odkształceniom, np. na obiektach mostowych, warstwy o dużej odporności na niskie temperatury, cienkie i ultra-cienkie warstwy ścieralne, podbudowy o bardzo dużej trwałości zmęczeniowej, np. do nawierzchni długowiecznych typu perpetual pavements o trwałości sięgającej 50 lat. Lepiszcza typu ORBITON HiMA dostarczają ponadstandardową wartość dodaną do jakości nawierzchni asfaltowych.

30 Dziękuję za uwagę