PRZYKŁADY STOSOWANIA WYPEŁNIACZA MIESZANEGO DO PRODUKCJI MIESZANEK MINERALNO-ASFALTOWYCH Ire eusz Strugała, Do i ik Małasiewi z NAWIERZCHNIE DROGOWE 2016 Kraków, 24-25 listopada 2016
TUGA przez wiele lat wykonuje nawierzchnie z mma w których, jako środek adhezyj y poprawiają y m.in. odpor ość a działa ia wody i stosuje wypeł ia z iesza y o róż y h propor ja h / składzie: ą zka wapie rozu a CaCO3 + wapno hydratyzowane Ca(OH)2 W latach 2010-2011, 2015 do produkcji ~35000 Mg mma zużyto po ad produkują mma do warstw ś ieral y h: Mg wypeł ia za iesza ego, - AC 11 S, - MNU 8 SMA 11 S - SMA 16 JENA 2
Dopuszczony i zalecany do stosowania przez: PN-EN 13043 i WT-1 (GDDKiA) wypeł ia z iesza y Kruszywo wypeł iają e po hodze ia i eral ego, wymieszane z wodorotlenkiem wapnia 3
Zarys działa ia he i z y h środków adhezyjnych -> aminy asfalt amina Po dodaniu środków adhezyjnych otrzymujemy lepiszcze o zmienionych cechach chemicznych, ale zmianie ulegają rów ież cech fizyczne samego asfaltu (penetracja, PiK, lepkość). A i y tłusz zowe to związki ało sta il e ter i z ie i po przekro ze iu temperatur ok. 160 170 C, za zy a się i h rozpad * Z tego powodu postepowanie z nimi powinno od ywać się z zachowaniem odpowiednich procedur. 4
Zarys działa ia wap a hydratyzowanego -> wypeł ia za iesza ego Wapno hydratyzowane => wodorotlenek wapnia Ca(OH)2 silna zasada -> ph ok. 12 gęstość ~2 200 kg/m3 gęstość asypowa ~400 kg/m3 dro oziar isty proszek o dużej porowatoś i i wysokiej powierz h i właś iwej wyrób budowlany oznaczony znakiem CE związek ardzo aktyw y he i z ie uziar ie ie z liżo e do wypeł ia za podstawowego stabilny termicznie ą zki wapie ie tra i swoi h włas oś i awet w wysoki h te peratura h powyżej ej C. od ponad 100 lat stosowane jako dodatek do mieszanek mineralno asfaltowych 5
Zarys działa ia wap a hydratyzowa ego -> wypeł ia za iesza ego Jony Ca2+ rozlokowują się a powierz h i kruszywa (Ishai + Craus, AAPT, 1977) kruszywo kruszywo Wiąza ia jonowe asfalt Asfalt lepiej przylega do powierz h i zawierają y h Ca2+ iż Si4+ (cf. Hicks, NCHRP 175, 1991) wapno hydratyzowane u ożliwia wytrą a ie się jonów wapnia na powierzchni ziaren kruszywa, dzięki czemu staje się ona bardziej sprzyjają a dla asfaltu. Modyfika ja powierz h i kruszywa, poprawia przy zep ość asfaltu 6
Zarys działa ia wap a hydratyzowanego -> wypeł ia za mieszanego Wap o hydratyzowa e, ie z ie ia włas oś i asfaltu (penetracji, PiK, lepkoś i) Jednak w z a zą y sposób zmienia włas oś i mma: zwiększa odpor ość na działa ia wody i mrozu zwiększa odpor ość na deformacje plastyczne -> koleinowanie opóź ia procesy starzeniowe zwiększa odpor ość mieszanek na spęka ia niskotemperaturowe 7
Zarys działa ia wap a hydratyzowanego -> wypeł ia za iesza ego Wapno hydratyzowane stosuje się w każdej ko pozy ji kruszyw Kwasowość kruszywa zależy od zawartoś i krze io ki < 55% SiO2 kruszywa zasadowe 55 65 % SiO2 kruszywa o ojęt e > 65% SiO2 kruszywa kwaś e > 80% SiO2 kruszywa ultra kwaś e Ilość ko ie z a do stosowania jest w zasadzie stabilna, po ieważ jest powiąza a z powierz h ią właś iwą kruszywa. O zywiś ie iloś i iez a z ie ulegają waha io, w zależ oś i od ph kruszywa, a w sz zegól oś i od iloś i krze io ki SiO2 występują ej w kruszywie. 8
Dostęp ość wypeł ia za iesza ego na rynku W Polsce nie ma problemów z kupnem wapna hydratyzowa ego oraz wypeł ia za Należy pa iętać, że i e propor je wypeł ia za warstwy ś ieral y h róż e dla warstwy wiążą y h, warstwy podbudowy iesza ego iesza ek typu AC i i iesza ego. uszą yć stosowa e do: e dla iesza ek typu SMA, Każdorazowo mma powi y otrzy ać ok. 1-2 % wapna hydratyzowanego Naj zęstszy przypadkiem, jest ok. 1,5% wapna hydratyzowanego w mieszance mineralnej. Zastosowanie dodatku wap a hydratyzowa ego po iżej 1 %, jest wg doświad zeń ałkowi ie ez elowe, gdyż taka ilość ie daje poprawy odpor oś i iesza ek a działa ia wody 9
Przykłady ko pozy ji wypeł ia zy iesza y h Beto asfaltowy a warstwę wiążą ą AC W -Wypeł ia za w re ep ie % -Wapna hydratyzowanego - 1,5 % -Wypeł ia za podstawowego - 4,5 % W ko sekwe ji wypeł ia z iesza y powi ie yć sko po owa y w proporcjach: - 25% wapno hydratyzowane - % wypeł ia z podstawowy ą zka wapie a 10
SMA S -Wypeł ia za w re ep ie % -Wapna hydratyzowanego - 1,5 % -Wypeł ia za podstawowego - 7,5 % W ko sekwe ji wypeł ia z iesza y powi ie yć sko po owa y w proporcjach : - ok. 17% wapno hydratyzowane - ok. % wypeł ia z podstawowy ą zka wapie a 11
Metody o e y połą zeń asfaltu i kruszywa W Polsce, dziś podstawową etodą oceny odpor oś i mieszanek mineralno asfaltowych na działa ie wody i mrozu jest ocena wg metody pośred iego roz iąga ia zgodnie z or ą PN-EN 12697-15:2008 oraz z usz zegółowie ie wg. WT2 2014. Dla wstęp ej oceny działa ia preparatów poprawiają y h odpor ość na działa ie wody oż a zastosować etodę wg starej normy PN-84/B-06714/22 - metoda gotowania, i wyko ać badanie na gotowej mma. Jest to metoda bardzo drastyczna, ale stosunkowo szybka i dają a szybki, wstęp y obraz działa ia zastosowanego rozwiąza ia poprawy odpor oś i na działa ie wody. Zgod ie z dzisiejszy i wy oga i praw y i, peł e ada ia typu uszą i tak zawierać ada ia wskaź ika a pośred ie roz iąga ie ITSR 12
Przykłady z adań odpor oś i a wodę i róz ITSR 13
AC 11 S KR 3-6 Rodzaj mieszanki Rodzaj kruszywa Wypeł ia z mieszany granodioryt / gnejs % ą zka wapie Rodzaj asfaltu PMB 45/80-55 ITSR 97% Numer próbki Wysokość próbki [mm] Gęstość pozorna próbki Siła Nisz zą a KN a+ ITS (Pa) % wap o hydratyzowa e -> 1,5 % ŚREDNIA ITS (Pa) Śred ia ITS [Pa] 760 755 1 61,7 2,408 7,03 718,54 3 62,3 2,418 7,21 729,84 6 60,8 2,422 6,78 703,24 9 61,5 2,415 7,83 802,91 10 61,4 2,431 7,24 743,62 12 61,1 2,424 7,99 824,68 2 61,8 2,426 6,65 678,60 4 61,8 2,437 7,01 715,33 5 60,8 2,434 7,29 756,14 7 61,4 2,432 7,17 736,43 8 60,7 2,429 6,85 711,67 11 60,6 2,441 7,61 791,94 753.8 750 753,80 745 740 735 731.69 730 725 731,69 720 [Pa] bez cykli woda i mróz Preze towa ie wy iki adań mma azują a doświad ze ia h fir y Tuga 14
AC 11 S KR 3-6 Rodzaj mieszanki Rodzaj kruszywa Wypeł ia z mieszany granodioryt / gnejs % ą zka wapie Rodzaj asfaltu 50/70 ITSR 96% a+ Numer próbki Wysokość próbki [mm] Gęstość pozorna próbki Siła Nisz zą a KN ITS (Pa) 1 60,8 2,459 7,17 743,69 2 61,1 2,444 7,32 755,53 3 60,4 2,446 7,47 779,94 4 60,4 2,456 7,34 766,37 6 60,2 2,459 7,23 757,39 8 60,8 2,445 7,37 764,44 5 60,0 2,446 6,43 675,83 7 59,7 2,462 7,32 773,24 9 59,8 2,456 7,14 752,97 10 60,8 2,462 7,15 741,62 11 60,2 2,471 6,84 716,54 12 59,6 2,465 7,06 747,03 % wap o hydratyzowa e -> 1,5 % ŚREDNIA ITS (Pa) Śred ia ITS [Pa] 765 761.23 760 755 750 753,80 745 740 734.54 735 730 731,69 725 720 [Pa] bez cykli woda i mróz Preze towa ie wy iki adań mma azują a doświad ze ia h fir y Tuga 15
SMA 8 S Rodzaj mieszanki Rodzaj kruszywa Wypeł ia z iesza y gnejs / granodioryt ą zka wapie a % + wapno hydratyzowane 22% -> 2,0 % Rodzaj asfaltu 50/70 ITSR 93% Wysokość próbki [mm] Gęstość pozorna próbki Siła Nisz zą a KN 1 61,2 2,435 11,06 1139,68 2 61,3 2,395 11,02 1133,71 3 61,2 2,438 11,03 1136,59 4 60,9 2,443 10,96 1134,94 5 61,2 2,429 10,02 1032,51 6 60,8 2,441 10,56 1095,32 1056,52 1000 7 60,9 2,436 10,06 1041,74 [Pa] ITS (Pa) ŚREDNIA ITS (Pa) Śred ia ITS [Pa] Numer próbki 1150 1136.23 1100 1136,23 1056.52 1050 bez cykli woda i mróz Preze towa ie wy iki adań mma azują a doświad ze ia h fir y Tuga 16
SMA 16 JENA Rodzaj mieszanki Rodzaj kruszywa Wypeł ia z granodioryt / gnejs wypeł ia z podstawowy + a i a tłusz zowa -> 0,3 % Rodzaj asfaltu 50/70 ITSR 94% ŚREDNIA ITS (Pa) Śred ia ITS [Pa] Numer próbki Wysokość próbki [mm] Gęstość pozorna próbki Siła Nisz zą a KN ITS (Pa) 3D 62,3 2,483 6,22 629,62 7D 64,2 2,458 6,47 635,55 8D 62,8 2,473 7,07 709,97 9D 63,8 2,459 6,25 617,79 10D 63,8 2,466 5,27 520,92 1D 63,2 2,484 5,99 597,71 580 2D 61,8 2,488 6,14 626,55 570 4D 62,2 2,486 6,15 623,54 5D 63,8 2,462 4,87 481,38 6D 62,9 2,468 5,73 574,49 630 622.77 620 610 622,77 600 590 582.3 582,30 560 [Pa] bez cykli woda i mróz Preze towa ie wy iki adań mma azują a doświad ze ia h fir y Tuga 17
SMA 16 JENA Rodzaj mieszanki Rodzaj kruszywa Wypeł ia z granodioryt / gnejs wypeł ia z podstawowy + wapno hydratyzowane -> 1,5 % Rodzaj asfaltu 50/70 ITSR 98% Numer próbki Wysokość próbki [mm] Gęstość pozorna próbki Siła Nisz zą a KN ITS (Pa) 1F 62,6 2,464 6,88 693,1 3F 63,3 2,475 6,47 644,5 4F 63,2 2,464 6,45 643,6 5F 63,0 2,453 6,55 655,6 11F 61,2 2,489 7,50 772,8 6F 63,1 2,478 6,99 698,6 7F 63,0 2,465 6,37 637,6 8F 61,5 2,483 6,94 711,6 9F 61,1 2,477 6,16 635,8 10F 61,2 2,472 6,65 685,3 ŚREDNIA ITS (Pa) Śred ia ITS [Pa] 684 681.96 679 681,96 674 670.92 669 670,92 664 [Pa] bez cykli woda i mróz Preze towa ie wy iki adań mma azują a doświad ze ia h fir y Tuga 18
SMA 16 JENA Rodzaj mieszanki Rodzaj kruszywa granodioryt / gnejs Wypeł ia z wypeł ia z zastęp zy + wapno hydratyzowane -> 2,0 % Rodzaj asfaltu 50/70 ITSR 98% Wysokość próbki [mm] Gęstość pozorna próbki Siła Nisz zą a KN ITS (Pa) 1E 62,5 2,477 6,82 688,15 2E 62,9 2,476 6,45 646,68 3E 62,8 2,480 5,99 601,51 4E 64,2 2,470 7,05 692,52 5E 61,9 2,480 7,12 725,38 6E 62,3 2,476 6,46 653,92 7E 62,8 2,459 6,82 684,86 8E 61,8 2,479 7,31 745,95 9E 64,0 2,465 5,52 543,92 10E 63,0 2,480 6,33 633,64 Numer próbki ŚREDNIA ITS (Pa) Śred ia ITS [Pa] 675 670.85 670 670,85 665 660 657.16 655 657,16 650 [Pa] bez cykli woda i mróz Preze towa ie wy iki adań mma azują a doświad ze ia h fir y Tuga 19
Kilka przykładów awierz h i z rakie na wodę i róz ITSR odpor oś i 20
fot. TUGA 21
fot. TUGA 22
fot. TUGA 23
Kilka przykładów awierz h i z do rą odpor oś ią a wodę i róz z zastosowa ie wap a hydratyzowa ego 24
fot. TUGA 25
fot. TUGA 26
fot. TUGA 27
fot. TUGA 28
fot. TUGA 29
fot. TUGA 30
fot. TUGA 31
fot. TUGA 32
fot. TUGA 33
fot. TUGA 34
fot. TUGA 35
Przykład awierz h i z iesza ki SMA - wiosna 2016 zastosowano 1,5% wapna hydratyzowanego Objazd DK7 fot. TUGA 36
Struktura awierz h i po ok., iesią a eksploata ji fot. TUGA 37
fot. TUGA 38
Parametry mieszanki mma SMA 16 PRDAIR [%] po 10 000 cyklach, metoda B, +60 C 7,1 WTSAIR [mm] po 10 000 cyklach, metoda B, +60 C 0,12 ITSR [% ] 98 Zawartość asfaltu w mma [%] 5,2 Zawartość Wypeł ia za w mma [%] 7,7 Zawartość wap a hydratyzowa ego w wypeł ia zu [%] ok. 20 Zawartość wap a hydratyzowa ego w mma [%] 1,5 39
Wnioski Wapno hydratyzowane to najstarszy i jed o ześ ie ajdłużej stosowany bardzo dobry środek poprawiają y spój ość iędzy ziarnami kruszywa, a lepiszczem asfaltowym i zwiększają y odpor ość mma na isz zą e działa ia wody i mrozu Ilość dodatku wapna hydratyzowanego do mma jest powiąza a przede wszystkim z odczynem ph kruszywa i powierz h ią właś iwą kruszywa Na podstawie doświad zeń z lat 2010/11 do kruszyw stosowanych na wy rzeżu (importowanych ze Skandynawii) minimalne iloś i dodatku wapna hydratyzowanego to 1,5% w stosunku do mma 40
Wnioski Wapno hydratyzowane poprawia odpor ość na deformacja plastyczne w wysokich temperaturach oraz zwiększa odpor ość mma na spęka ia niskotemperaturowe Dzięki silnym powiąza io iędzy asfaltem, a kruszywem opóź ia procesy starzeniowe asfaltu w mma. Wapno hydratyzowane jest praktycznie bez zapachowe i podczas produkcji, jak i układa ia mma nie wydziela przykrych zapachów, i dzięki temu nie wpływa negatywnie na zdrowie ludzi ezpośred io zaa gażowa y h w procesach budowy dróg. 41
Wnioski c.d. Wapno hydratyzowane jest odporne termicznie w dużo wyższy zakresie iż te peratury pro esowe wytwarza ia mma Wapno hydratyzowane nie zmienia cech fizyko - mechanicznych samego lepiszcza asfaltowego, a tworzy dosko ałe osty do połą zeń iędzy kruszywem a asfaltem. Nie działa selektywnie dowolna kombinacja: kruszywo asfalt Wiąże zęś i ilaste i pylaste występują e a powierzchni zanieczyszczonego kruszywa sta ilizują jego powierz h ię 42
Wnioski c.d. Stosowa ie wap a hydratyzowa ego ie podwyższa kosztów mma Przykład: Beton asfaltowy - wypeł ia z podstawowy - 8%, - asfalt (wg. WT2 2014) - 5,8%, - a i y tłusz zowe, % iloś i asfaltu, lu wypeł ia za podstawowego, % + wap a hydratyzowa ego, %. Koszt wypeł ia z + środek adhezyj y pły y, * zł/mg+, *, * zł/mg =, +, = Koszt wypeł ia z + wap o hydratyzowa e -> wypeł ia z (0,08-0,015) + mą zka wapie + a, ) * zł/mg =,8 zł/mg mma iesza y,8 zł/mg mma wapno hydratyzowane wypeł ia z * Wyli ze ia kosztowe oparte o śred ie ry kowe e y surow ów w rejo ie Polski e tral ej iesza y 43
Wnioski c.d. Jeżeli instalacje na wytwórni nie są dostosowane do podawa ia kilku preparatów pylistych do jednego zarobu wypeł ia zy oż a mieszanki, skorzystać z dostęp y h w indywidualnych proporcjach, i stosować na instalacjach dostosowanych do na rynku mieszanych, skomponowanych podawania jednego wypeł ia za zew ętrz ego Zastosowanie wapna hydratyzowanego, jako preparatu adhezyjnego w mieszakach mma, daje w konsekwencji ograniczenie z isz zeń powierzchniowych nawierzchni, poprawę odpor oś i na deformacje plastyczne, zwiększa okresy starzeniowe w nawierzchni To wszystko daje i westoro, w dłuższej perspektywie zasowej ko kret e osz zęd oś i fi a sowe 44
DZIĘKUJEMY ZA UWAGĘ! Dane kontaktowe: Ire eusz STRUGAŁA, tuga@epoczta.pl Do i ik MAŁASIEWICZ, dominik.malasiewicz@lhoist.com