dr inż. Wojciech Bańkowski

1. Informacja o projektach 2. Warunki stosowania GA 3. Projektowanie mma właściwości podstawowe i funkcjonalne 4. Badania destruktów i granulatów 5. Projektowanie i badania AC22P z granulatem 6. Ocena właściwości funkcjonalnych mma z granulatem asfaltowym (SMA11 i AC16W) 7. Ocena trwałości konstrukcji drogowych z zastosowaniem mma z granulatem asfaltowym 2

RID I/6: Wykorzystanie materiałów pochodzących z recyklingu (2016-2018) Finansowanie ze środków GDDKiA i NCBiR Zadanie 2: Recykling na gorąco Instytut Badawczy Dróg i Mostów Politechnika Gdańska Cele: 1. Wytyczne w zakresie pozyskania oraz oceny przydatności granulatu asfaltowego. 2. Zalecenia w zakresie produkcji MMA z granulatem na otaczarkach cyklicznych. 3. Wytyczne cząstkowe w zakresie wymagań i projektowania MMA z granulatem asfaltowym 3

Destrukt: Innowacyjna technologia mieszanek mineralnoasfaltowych z zastosowaniem materiału z recyklingu nawierzchni asfaltowej III edycja programu InnoTech ścieżka programowa In-Tech Finansowanie ze środków NCBiR Realizacja 2015-2018

Konsorcjum: Instytut Badawczy Dróg i Mostów Politechnika Warszawska, Zespół Technologii Materiałów i Nawierzchni Drogowych BUDIMEX S.A.

Warunki stosowania MMA z granulatem asfaltowym wg WT-2 2014: Granulat spełnia wymagania w zakresie jednorodności i jakości Dopuszczona zawartość wg WT -2 w mieszankach typu AC: 0% - zakaz do warstwy ścieralnej do 20% - metodą dozowania na zimno do 30 % - metodą dozowania na gorąco MMA z GA spełnia wymagania jak dla mieszanki ze świeżych materiałów Stosowanie GA nie może obniżać właściwości MMA Nie dopuszcza się środków obniżających lepkość 6

MMA z GA spełnia wymagania jak dla mieszanki ze świeżych materiałów Stosowanie GA nie może obniżać właściwości MMA Zakładając, że spełniamy wymagania WT-2, to jakie są jeszcze obawy? Większa sztywność na skutek udziału starego asfaltu, który podlega procesom starzeniowym Większa podatność na pękanie niskotemperaturowe Mniejsza trwałość zmęczeniowa MMA i konstrukcji 10

Projektowanie i wymagania mieszanek SMA i betonu asfaltowego AC Uziarnienie mieszanki mineralnej Zawartość asfaltu Zawartość wolnych przestrzeni Odporność na działanie wody i mrozu Odporność na koleinowanie Kiedy taki zestaw jest wystarczający? 11

PN-EN 13108-1 Właściwości funkcjonalne: Odporność na pękanie niskotemperaturowe Odporność na zmęczenie Zespolony moduł sztywności (sztywność) Dodatkowo w badaniach do projektu uwzględniono: Wpływ starzenia technologicznego (STOA) i eksploatacyjnego (LTOA) 12

Potencjalne bariery stosowania recyklingu na gorąco Brak wyposażenia wytwórni Wysoki koszt czarnego bębna Brak lub mało doświadczeń Brak szczegółowych krajowych wytycznych stosowania Ograniczenia ilościowe wg WT-2 Brak zezwolenia od Inwestora (zaufanie) Dostępność destruktu/granulatu Obawa o jakość i jednorodność destruktu Obawa o jakość mieszanek mineralno-asfaltowych i trwałość nawierzchni 14

Częstość zawartość asfaltu, % <0,063, % Frakcja 0-2, % 4 4 4 2 2 2 0 4,0 4,5 0 0 5,0 5,5 6,0 6,5 8 10 12 14 16 30 40 50 Frakcja 2-5, % Frakcja 5-8, % Frakcja 2-8, % 8 8 60 70 4 2 4 4 0 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 0 20 25 30 35 40 45 50 55 4 Frakcja 8-11, % Frakcja 2-16, % Frakcja >16, % 4 5,0 2 2 2,5 0 0 5 10 15 20 25 0 30 40 50 60 70 0,0-4 -2 0 2 4 6 8 18 10

8 zawartość asfaltu, % 7 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 0/8 0/16 0/11 0/22 18 <0,063, % 16 14 12 10 8 6 4 2 0 19 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 0/8 0/16 0/11 0/22

śladowe smoły ilości w jednym materiale brak zanieczyszczeń, materiałów obcych 20

C zęstoś ć 40 35 Penetracja, 0,1 mm 65,0 62,5 100/0 75/25 50/50 25/75 Temperatura mięknienia, C 4000 Lepkość dynamiczna w 60 C,Pas 150 100/0 75/25 50/50 25/75 Lepkość dynamiczna w 90 C,Pas 30 60,0 3000 100 25 20-8 -10-12 57,5 55,0 Temperatura łamliwości, C Zakres plastyczności, C 74 72 70 68 2000 1000 2,5 2,0 1,5 Lepkość dynamiczna w 135 C,Pas 50 1,50 1,25 1,00 0,75 Lepkość dynamiczna w 150 C,Pas -14 100/0 75/25 50/50 25/75 proporcje asfaltu odzyskanego do świeżego 1,0 100/0 75/25 50/50 25/75 0,50 8 4 Penetracja, 0,1 mm; 100/ 0 Penetracja, 0,1 mm; 75/25 Penetracja, 0,1 mm; 50/50 Penetracja, 0,1 mm; 25/75 0 10 20 30 40 50 10 20 30 40 50 10 20 30 40 50 10 20 30 40 50 Temperatura mięknienia, C; 100/ 0 Temperatura mięknienia, C; 75/25 Temperatura mięknienia, C; 50/50 Temperatura mięknienia, C; 25/75 10 5 50 55 60 65 70 50 55 60 65 70 50 55 60 65 70 50 55 60 65 70 0 4 2 0 Temperatura łamliwości, C; 100/ 0 Temperatura łamliwości, C; 75/25 Temperatura łamliwości, C; 50/50 Temperatura łamliwości, C; 25/75-16 -14-12 -10-8 -6-4 -2-16 -14-12 -10-8 -6-4 -2-16 -14-12 -10-8 -6-4 -2-16 -14-12 -10-8 -6-4 -2 Zakres plastyczności, C; 100/ 0 Zakres plastyczności, C; 75/25 Zakres plastyczności, C; 50/50 Zakres plastyczności, C; 25/75 10 5 60 65 70 75 80 85 60 65 70 75 80 85 60 65 70 75 80 85 60 65 70 75 80 85 0 3,0 Nawrót sprężysty w 25 C, %; 100/ 0 Nawrót sprężysty w 25 C, %; 75/25 Nawrót sprężysty w 25 C, %; 50/50 Nawrót sprężysty w 25 C, %; 25/75 1,5 0,0 0 20 40 60 80 0 20 40 60 80 0 20 40 60 80 0 20 40 60 80 26

70 100/0 75/25 50/50 Nawrót sprężysty w 25 C, % Nawrót sprężysty w 25 C, % 25/75 70 50 50 30 40 30 20 Penetracja, 0,1 mm Penetracja, 0,1 mm 30 40 30 20 Temperatura mięknienia, C Temperatura mięknienia, C 65 60 55 0 Temperatura łamliwości, C Temperatura łamliwości, C 65 60 55 0-5 -5-10 -10 Zakres plastyczności, C Zakres plastyczności, C 75 75 70 70 65 100/0 75/25 50/50 25/75 65 27

Wykonano teoretyczne projektowanie składu mma z różnymi zawartościami GA i DA Projektowanie do maksymalnej zawartości lub 80% Mieszanki AC11S, AC16W, AC22P Określono wskaźnik zastąpienia 29

Zawartość frakcji do 0,063mm Binder replacement.i wymagania mma do sprawdzenia w laboratorium 31

AC22P 35/50 0GA bez granulatu AC22P 35/50 20GA,..40GA,..60GA 20, 40 i 60% granulatu AC22P 35/50 20GA/2,..40GA/2 20 i 40% gorszego granulatu AC22P 35/50 40GA/2 V6 40% gorszego granulatu + miękki asfalt Wskaźnik zastąpienia, % Zawartość GA 20% 40% 60% GA 25.6 51.1 74.4 GA/2 26.2 52.3-33

KR3-4 KR5-7 37

KR3-4 KR5-7 38

E*, MPa 30 100 25 100 20 100 15 100 10 100 5 100 100 1,0E-04 1,0E-03 1,0E-02 1,0E-01 1,0E+00 1,0E+01 1,0E+02 1,0E+03 1,0E+04 AC22P 35/50 0GA AC22P 35/50 20GA AC22P 35/50 40GA AC22P 35/50 60GA f red 41

Kąt przesunięcia, 100 10 1 1,0E-04 1,0E-03 1,0E-02 1,0E-01 1,0E+00 1,0E+01 1,0E+02 1,0E+03 1,0E+04 log f red AC22P 35/50 0GA AC22P 35/50 20GA AC22P 35/50 40GA AC22P 35/50 60GA 42

Mieszanki: SMA 11 50/70 oraz SMA 11 45/80-55 AC16 W 35/50 oraz AC16 W 25/55-60 Zawartość GA do 50% Recepty zaprojektowane przez Politechnikę Warszawską w ramach zadania 2. 44

Źródło: Politechnika Warszawska 45

Obserwacje z projektowania: widoczna jest tendencja wzrostu odporności na koleinowanie wraz ze wzrostem zawartości granulatu Źródło: Politechnika Warszawska 46

Trwałość zmęczeniowa e 6, mm/m AC16W 35/50 127 123 123 124 AC16W 35/50-50 STOA 1 000 000 0% 10% 30% 50% Zawartość granulatu asfaltowego STOA 100 000 10 000 100 1000 Odkształcenie, mm/m 0%GA 10%GA 30%GA 50%GA 52

Trwałość zmęczeniowa Trwałość zmęczeniowa 1 000 000 AC16W 25/55-60 STOA 1 000 000 AC16W 25/55-60 LTOA 100 000 100 000 10 000 10 000 100 1000 100 1000 Odkształcenie, mm/m Odkształcenie, mm/m 0%GA 10%GA 30%GA 50%GA 0%GA 10%GA 30%GA 50%GA 53

Trwałość zmęczeniowa Trwałość zmęczeniowa 1 000 000 AC16W 25/55-60 STOA 1 000 000 AC16W 25/55-60 LTOA 100 000 100 000 10 000 100 1000 Odkształcenie, mm/m 0%GA 10%GA 30%GA 50%GA 10 000 100 1000 Odkształcenie, mm/m 0%GA 10%GA 30%GA 50%GA 54

Sztywność, MPa 20000 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 Kąt przesunięcia fazowego AC16W 35/50 0%GA STOA AC16W 35/50 30%GA STOA AC16W 35/50 10%GA STOA AC16W 35/50 50%GA STOA 55

Dalsze etapy projektu: wybór MMA do produkcji próbnej i odcinków testowych Analiza trwałości konstrukcji z MMA + GA Dane do obliczeń: wyniki badań laboratoryjnych z walidacji produkcji Mieszanki: SMA 11 45/80-55 30%GA AC11S 45/80-55 15%GA ACWMS16 W/P 25/55-60 50%GA AC16W 25/55-60 50%GA AC22P 35/50 50%GA Typowe konstrukcje wg Katalogu 56

Analizowane materiały (GA/DA) były zróżnicowane w zakresie składu, uziarnienia, właściwości asfaltu W zakresie przeprowadzonych badań kruszywa charakteryzowały się dobrymi właściwościami potwierdzając ich przydatność do MMA Pełne badania kruszyw z GA/DA są procesem bardzo czasochłonnym i kosztownym. Powinno się opierać na założeniu, że kiedyś zastosowano kruszywa o odpowiednich właściwościach. Badania w razie wątpliwości. W zakresie asfaltu istotnymi czynnikiem jest zawartość asfaltu w GA/DA oraz jego właściwości Równania empiryczne do obliczania PIK i PEN mieszanin asfaltów są prawidłowe Istotnym parametrem jest tzw. wskaźnik zastąpienia, który jednocześnie zależy od zawartości GA jak i zawartości asfaltu rozpuszczalnego w GA Wskaźnik zastąpienia decyduje o właściwościach mieszaniny asfaltu starego i świeżego oraz maksymalnej zawartości GA. 58

W projektowaniu teoretycznym w zakresie wymagań uziarnienia dla MMA zasadniczo łatwe jest wprowadzanie GA w ilości do 40-50%, a nawet większej do 60-80% Głównymi czynnikami, które utrudniają projektowanie wg uziarnienia jest zawartość frakcji do 0,063mm i wskaźnik zastąpienia Ostatecznie o możliwej ilości GA będą decydowały właściwości fizyczne i mechaniczne MMA Istotna rola badań funkcjonalnych 59

Przeprowadzone badania MMA wykazały, że jest możliwe zaprojektowanie MMA o zwiększonej zawartości GA (nawet do 50-60%) Badania funkcjonalne potwierdziły dobre właściwości MMA z GA w zakresie trwałości zmęczeniowej, odporności niskotemperaturowej, sztywności Widoczny jest wpływ asfaltu modyfikowanego z GA na właściwości MMA i wartość binder replacement Starzenie długoterminowe ma niewielki wpływ na właściwości MMA Analizy mechanistyczne trwałości konstrukcji pozwalają pozytywnie ocenić przydatność MMA z GA do zastosowania w typowych konstrukcjach nawierzchni podatnych Co dalej w projekcie InnGA? 60

Odcinki testowe 61

Wojciech Bańkowski wbankowski@ibdim.edu.pl